(57)【要約】【課題】予熱により接合条件の許容範囲を広くすることができる攪拌接合方法とする。【解決手段】板材１同士の接合部２が回転コマ３の挿入により接合される攪拌接合方法において、接合部２にレーザー光５を照射して予熱して接合を行ない、接合部２の温度を制御し、予熱により接合条件の許容範囲を広くすることができる攪拌接合方法とする。【選択図】        図１
2004174575.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属同士の接合部が回転コマの挿入により接合される攪拌接合方法において、接合部を予熱して接合を行なうことを特徴とする攪拌接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の攪拌接合方法において、
接合部の予熱はレーザー光の照射により行なわれることを特徴とする攪拌接合方法。
【請求項３】
請求項２に記載の攪拌接合方法において、
レーザー光は回転コマの上部で分岐され、分岐されたレーザー光は回転コマの周囲を通して接合部に集光されることを特徴とする攪拌接合方法。
【請求項４】
金属同士の接合部に挿入される回転コマを備えた攪拌接合装置において、接合部を予熱する予熱手段を備えたことを特徴とする攪拌接合装置。
【請求項５】
金属同士の接合部に挿入される回転コマを備えた攪拌接合装置において、接合部を予熱するために接合部にレーザー光を集光させるレーザー照射手段を備えたことを特徴とする攪拌接合装置。
【請求項６】
請求項５に記載の攪拌接合装置において、
入力されたレーザー光を回転コマの上部で分岐する分岐レンズ群と、
を介して分岐したレーザー光を回転コマの周囲を通過させて接合部に集光させる集光レンズ群と、
回転コマ及び分岐レンズ群及び集光レンズ群を一体に保持する本体と
を備えたことを特徴とする攪拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属同士の接合部に回転コマを挿入して接合を行なう攪拌接合方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、金属同士の接合部に回転コマを挿入して接合を行なう攪拌接合装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
例えば、車両の外板となるアルミ合金の接合を行なう場合、鋼板同士の接合部にねじ状の回転コマを挿入して接合を行なう攪拌接合が知られている（例えば、特許文献１参照）。攪拌接合は、鋼板よりも固い材質の回転コマを接合部で回転させながら移動させることで、接合方向に連続な歪接合を施す技術である。攪拌接合では、接合部の金属組織が鋳造組織ではなく加工組織となって機械特性が優れたものとなる。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−６６７５８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の攪拌接合の技術では、回転コマと材料のぬれ性と粘性をバランスさせる状態に条件を設定する必要があるが、材料によって接合条件の範囲が異なり、しかも、接合条件の許容範囲に制限がある。このため、回転コマの材質の選定や加工条件の設定等が困難であるのが現状であった。
【０００６】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、接合条件の許容範囲を広くすることができる攪拌接合方法を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、接合条件の許容範囲を広くすることができる攪拌接合装置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】
上記目的を達成するための本発明の攪拌接合方法は、金属同士の接合部が回転コマの挿入により接合される攪拌接合方法において、接合部を予熱して接合を行なうことを特徴とする。
【０００９】
そして、請求項１に記載の攪拌接合方法において、
接合部の予熱はレーザー光の照射により行なわれることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に記載の攪拌接合方法において、
レーザー光は回転コマの上部で分岐され、分岐されたレーザー光は回転コマの周囲を通して接合部に集光されることを特徴とする。
【００１１】
上記目的を達成するための本発明の攪拌接合装置は、金属同士の接合部に挿入される回転コマを備えた攪拌接合装置において、接合部を予熱する予熱手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の攪拌接合装置は、金属同士の接合部に挿入される回転コマを備えた攪拌接合装置において、接合部を予熱するために接合部にレーザー光を集光させるレーザー照射手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
そして、請求項５に記載の攪拌接合装置において、
入力されたレーザー光を回転コマの上部で分岐する分岐レンズ群と、
を介して分岐したレーザー光を回転コマの周囲を通過させて接合部に集光させる集光レンズ群と、
回転コマ及び分岐レンズ群及び集光レンズ群を一体に保持する本体と
を備えたことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の一実施形態例に係る攪拌接合方法の概略説明、図２には本発明の一実施形態例に係る攪拌接合方法を実施する攪拌接合装置の概略構成を示してある。
【００１５】
図１に示すように、例えば、車両の外板となるアルミ合金の板材１が２枚突き合わされて配置され、突き合わせの接合部２にはねじ状の回転コマ３の先端が挿入される。回転コマ３を所定の回転速度で回転させながら接合部２に沿って移動させることで、接合部２に沿って連続な摩擦攪拌接合領域４が形成されて板材１同士が歪接合される。
【００１６】
板材１の材質に応じて回転コマ３の回転速度や移動速度等の加工条件が設定され、ぬれ性と粘性の関係が最適（接合条件の範囲内）となるようにされる。板材１の種類が変更になった場合、加工条件を変更しないと、ぬれ性と粘性の関係が最適にならず（接合条件の範囲から外れる）、接合が不完全となったり接合部に欠陥が生じることがある。
【００１７】
このため、回転コマ３の先端が挿入される接合部２にはレーザー光５が照射され、予熱により接合部２の温度が制御されている。レーザー光５の照射により接合部２の温度を制御することで、回転コマ３が挿入される接合部２を最適な接合条件になる最適な温度に維持することができる。
【００１８】
また、板材１が変更になった場合でも、回転コマ３の回転速度や移動速度等の加工条件を変更することなく、回転コマ３が挿入される接合部２を接合条件の範囲になる最適な温度に維持することができる。
【００１９】
従って、接合条件の許容範囲を広くすることができる攪拌接合方法となる。
【００２０】
尚、予熱による温度制御は、回転コマ３自身に加熱源を備えたり、ヒータ等の他の加熱手段により接合部２を予熱することが可能である。
【００２１】
図２に基づいて上述した攪拌接合方法を実施する攪拌接合装置を説明する。
【００２２】
図２に示すように、本体としての加工ヘッド１１は、例えば、図示しないコラムに支持されて移動自在とされ、加工ヘッド１１の先端部（図中下部）には回転コマ３が設けられている。回転コマ３は駆動手段により回転動力が伝達される駆動ヘッド１０に支持されている。
【００２３】
加工ヘッド１１の上部には光ファイバ１２の先端部が接続され、光ファイバ１２の基端部は、例えば、ＹＡＧレーザー発振器１３に接続されている。ＹＡＧレーザー発振器１３からのレーザー光が光ファイバ１２により伝送されて加工ヘッド１１に導かれる。
【００２４】
加工ヘッド１１にはコリメートレンズ群９が設けられ、光ファイバ１２の先端からでたレーザー光１４はコリメートレンズ群９により平行光とされる。コリメートレンズ群９の下側には４５度に傾斜して設けられ平行光の半分を横方向に反射させる第１傾斜ミラー１５が配置され、第１傾斜ミラー１５の対向部には４５度に傾斜して設けられ第１傾斜ミラー１５で横方向に反射されたレーザー光１４を下方向に反射させる第２傾斜ミラー１６が配置されている。
【００２５】
コリメートレンズ群９で平行光とされた断面円形のレーザー光１４は、半分が断面半円形の第１レーザー光１４ａとされると共に、半分が第１傾斜ミラー１５及び第２傾斜ミラー１６で反射されて断面半円形の第２レーザー光１４ｂとされ、第１レーザー光１４ａと第２レーザー光１４ｂが間隔を隔てた平行光とされる。
【００２６】
回転コマ３を支持した駆動ヘッド１０の上部には集光レンズ群１７が配置され、集光レンズ群１７により平行光とされた第１レーザー光１４ａと第２レーザー光１４ｂが回転コマ３の周囲（側部）から接合部２に集光される。
【００２７】
上記構成の加工ヘッド１１を備えた攪拌接合装置では、光ファイバ１２で伝送されたＹＡＧレーザー発振器１３からのレーザー光が下向きに入光し、コリメートレンズ群９により平行光とされる。コリメートレンズ群９で平行光とされた断面円形のレーザー光１４は、半分が断面半円形の第１レーザー光１４ａとされると共に、半分が第１傾斜ミラー１５及び第２傾斜ミラー１６で反射されて断面半円形の第２レーザー光１４ｂとされ、第１レーザー光１４ａと第２レーザー光１４ｂが間隔を隔てた平行光とされる。
【００２８】
第１レーザー光１４ａと第２レーザー光１４ｂは集光レンズ群１７を通り、回転コマ３の周囲（側部）から接合部２に集光される。同時に、回転駆動される回転コマ３が接合部２に挿入されて加工ヘッド１１が接合部２に沿って移動する。接合部２はレーザー光１４が照射され、ＹＡＧレーザー発振器１３の出力調整により接合部２が所定の温度に制御される。
【００２９】
このため、回転コマ３の先端が挿入される接合部２にはレーザー光１４が照射され、予熱により接合部２の温度が制御される。レーザー光１４の照射により接合部２の温度を制御することで、回転コマ３が挿入される接合部２を最適な接合条件になる最適な温度に維持することができる。
【００３０】
また、板材１が変更になった場合でも、回転コマ３の回転速度や移動速度等の加工条件を変更することなく、ＹＡＧレーザー発振器１３の出力を調整することで、回転コマ３が挿入される接合部２を接合条件の範囲になる最適な温度に維持することができる。
【００３１】
尚、レーザー光１４としてはＹＡＧレーザーに限定されず任意のレーザーを適用することが可能である。
【００３２】
従って、接合条件の許容範囲を広くすることができる攪拌接合装置となる。
【００３３】
図３に基づいて攪拌接合装置の他の実施形態例を説明する。図３には本発明の他の実施形態例に係る攪拌接合装置の概略構成を示してある。尚、図１、図２に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００３４】
攪拌接合装置のコラム２１には回転動力が伝達される駆動ヘッド１０が設けられ、駆動ヘッド１０には回転コマ３が支持されている。駆動ヘッド１０を挟んでコラム２１にはレーザーヘッド２２がそれぞれ設けられ、レーザーヘッド２２にはＹＡＧレーザー発振器１３からのレーザー光５が光ファイバ１２を介して入力される。レーザーヘッド２２に入力されたレーザー光は、図示しない光学系を介してレーザー光５として接合部２にそれぞれ集光される。
【００３５】
尚、駆動ヘッド１０を挟んで両側にレーザーヘッド２２を設けた例を挙げて説明したが、片側にのみレーザーヘッド２２を設けることも可能である。
【００３６】
このため、回転コマ３の先端が挿入される接合部２にはレーザー光５が照射され、予熱により接合部２の温度が制御される。レーザー光５の照射により接合部２の温度を制御することで、回転コマ３が挿入される接合部２を最適な接合条件になる最適な温度に維持することができる。
【００３７】
また、板材１が変更になった場合でも、回転コマ３の回転速度や移動速度等の加工条件を変更することなく、ＹＡＧレーザー発振器１３の出力を調整することで、回転コマ３が挿入される接合部２を接合条件の範囲になる最適な温度に維持することができる。
【００３８】
従って、接合条件の許容範囲を広くすることができる攪拌接合装置となる。
【００３９】
尚、図４に示すように、レーザーダイオードで構成したレーザ光源５１を用いてレーザー光５を発生させることも可能である。
【００４０】
【発明の効果】
本発明の攪拌接合方法は、金属同士の接合部が回転コマの挿入により接合される攪拌接合方法において、接合部を予熱して接合を行なうので、接合部の温度を制御することができる。このため、予熱により接合条件の許容範囲を広くすることができる攪拌接合方法となる。
【００４１】
そして、請求項１に記載の攪拌接合方法において、
接合部の予熱はレーザー光の照射により行なわれるので、レーザー光により接合部の温度を制御することができる。
【００４２】
また、請求項２に記載の攪拌接合方法において、
レーザー光は回転コマの上部で分岐され、分岐されたレーザー光は回転コマの周囲を通して接合部に集光されるので、装置を大がかりにすることなく一つの本体でレーザー光により接合部の温度を制御することができる攪拌接合方法となる。
【００４３】
本発明の攪拌接合装置は、金属同士の接合部に挿入される回転コマを備えた攪拌接合装置において、接合部を予熱する予熱手段を備えたので、予熱手段により接合部の温度を制御することができる。このため、予熱により接合条件の許容範囲を広くすることができる攪拌接合装置となる。
【００４４】
本発明の攪拌接合装置は、金属同士の接合部に挿入される回転コマを備えた攪拌接合装置において、接合部を予熱するために接合部にレーザー光を集光させるレーザー照射手段を備えたので、レーザー照射手段によりレーザー光を照射して接合部の温度を制御することができる。このため、予熱により接合条件の許容範囲を広くすることができる攪拌接合装置となる。
【００４５】
そして、請求項５に記載の攪拌接合装置において、
入力されたレーザー光を回転コマの上部で分岐する分岐レンズ群と、
を介して分岐したレーザー光を回転コマの周囲を通過させて接合部に集光させる集光レンズ群と、
回転コマ及び分岐レンズ群及び集光レンズ群を一体に保持する本体と
を備えたので、
装置を大がかりにすることなく一つの本体でレーザー光により接合部の温度を制御することができる攪拌接合装置となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態例に係る攪拌接合方法の概略説明図。
【図２】本発明の一実施形態例に係る攪拌接合方法を実施する攪拌接合装置の概略構成図。
【図３】本発明の他の実施形態例に係る攪拌接合装置の概略構成図。
【図４】本発明の他の実施形態例に係る攪拌接合装置の概略構成図。
【符号の説明】
１  板材
２  接合部
３  回転コマ
４  摩擦攪拌接合領域
５，１４  レーザー光
９  コリメートレンズ群
１０  駆動ヘッド
１１  加工ヘッド
１２  光ファイバ
１３  ＹＡＧレーザー発振器
１５  第１傾斜ミラー
１６  第２傾斜ミラー
１７  集光レンズ群
２１  コラム
２２  レーザーヘッド
【図１】
2004174575.tif 000003
【図２】
2004174575.tif 000004
【図３】
2004174575.tif 000005
【図４】
2004174575.tif 000006