(57)【要約】【課題】粉末接合材料を用いた摩擦撹拌接合方法において、欠陥がなく高い接合強度を得ることができ、かつ製造コストを低減することができる摩擦撹拌接合方法を提供する。【解決手段】被接合部材４の突き合わせ部２のギャップ３に充填された粉末接合材料９に接合ツール７を挿入して回転させつつ前記突き合わせ部２に沿って移動させる摩擦撹拌接合装置１において、粉末接合材料９をギャップ３へ供給する供給装置５と、その粉末接合材料９をギャップ３内へ押し込む押圧ローラー６とを接合ツール７の移動方向に備え、摩擦撹拌接合に使用されなかった余剰の粉末接合材料１０を回収して供給装置５へ送る粉末回収装置８を接合ツール７の移動方向と逆方向に備える。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉末接合材料を被接合部材の突き合わせ部のギャップに供給し、
前記供給された粉末接合材料を上方より押圧して充填密度を高め、
前記粉末接合材料が充填されたギャップに接合ツールを挿入して回転させることにより摩擦撹拌接合を行い、
前記摩擦撹拌接合に使用されなかった粉末接合材料を回収して再利用することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
【請求項２】
被接合部材の突き合わせ部のギャップに充填された粉末接合材料に接合ツールを挿入して回転させつつ前記突き合わせ部に沿って移動させる摩擦撹拌接合装置において、
前記粉末接合材料を前記ギャップへ供給する供給装置と、
前記供給された粉末接合材料を前記ギャップ内へ押し込む押圧ローラーと、を前記接合ツールの移動方向に備え、
摩擦撹拌接合に使用されなかった粉末接合材料を回収して前記供給装置へ送る粉末回収装置を前記接合ツールの移動方向と逆方向に備えたことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌接合方法及びその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、これまで溶接が困難であるとされてきたアルミニウム合金やジュラルミンなどの熱膨張係数が大きい金属材料の溶接方法として、摩擦撹拌接合方法による溶接方法が注目されている。
【０００３】
この摩擦撹拌接合方法とは、図３に示すように、先端中心に突起３１のあるツール３０と呼ばれる硬質の丸棒を回転させながら被接合部材３２の突き合わせ部３３に押し込み、摩擦熱によって軟化した材料を撹拌（塑性流動化）しながら移動することにより、突き合わせ部３３に沿って接合部３４を形成するものである。
【０００４】
この溶接方法においては、被接合部材の突き合わせ部の隙間（以下、「ギャップ」という。）の大きさが重要であり、ゼロ若しくはそれに近い値であることが求められる。
【０００５】
しかし、実際の溶接作業においては、ギャップの大きさをそのような極めて小さな値とすることは非常に困難であり、その大きさが所定の値を超えるような場合には、摩擦撹拌接合により形成された接合部に欠陥を生じ、接合部における部材の強度が低下してしまうおそれがあった。
【０００６】
このような問題を解決するため、特許文献１には、ギャップに粉末接合材料を充填してから摩擦撹拌接合を行うことにより、ギャップの大きさが大きくかつ不連続であっても接合することができる方法が記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１２６９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の特許文献１に記載の方法では、粉末接合材料の充填密度が低くなった場合には、接合部に欠陥が生じやすいという問題があった。
【０００８】
また、充填密度が上げるように粉末接合材料をギャップ上に高く盛るため、摩擦撹拌接合に必要な量以上の粉末接合材料がギャップに供給されることとなり、粉末接合材料の一部が無駄になって製造コストの増加につながるという問題もあった。
【０００９】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、粉末接合材料を用いた摩擦撹拌接合方法において、欠陥がなく高い接合強度を得ることができ、かつ製造コストを低減することができる摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明は、粉末接合材料を被接合部材の突き合わせ部のギャップに供給し、前記供給された粉末接合材料を上方より押圧して充填密度を高め、前記粉末接合材料が充填されたギャップに接合ツールを挿入して回転させることにより摩擦撹拌接合を行い、前記摩擦撹拌接合に使用されなかった粉末接合材料を回収して再利用することを特徴とする摩擦撹拌接合方法である。
【００１１】
また、本発明に係る装置は、被接合部材の突き合わせ部のギャップに充填された粉末接合材料に接合ツールを挿入して回転させつつ前記突き合わせ部に沿って移動させる摩擦撹拌接合装置において、前記粉末接合材料を前記ギャップへ供給する供給装置と、前記供給された粉末接合材料を前記ギャップ内へ押し込む押圧ローラーと、を前記接合ツールの移動方向に備え、摩擦撹拌接合に使用されなかった粉末接合材料を回収して前記供給装置へ送る粉末回収装置を前記接合ツールの移動方向と逆方向に備えたことを特徴とする摩擦撹拌接合装置である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、粉末接合材料を用いた摩擦撹拌接合方法において、欠陥がなく高い接合強度を得ることができ、かつ製造コストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施の形態について、図１に基づいて説明する。図１は、本発明に係る摩擦撹拌接合装置の一例を示した斜視図である。
【００１４】
摩擦撹拌接合装置１は、突き合わせ部２に沿った進行方向Ａへ移動しながら、ギャップ３において被接合部材４間の摩擦撹拌接合を行うものであり、進行方向Ａから順に、供給ホッパー５、加圧ローラー６、接合ツール７及び粉末回収装置８から構成されている。
【００１５】
先頭に配置されている供給ホッパー５は、進行方向Ａに移動しながら、ギャップ３に粉末接合材料９を連続的に供給するためのものである。なお、粉末接合材料９は被接合部材４と同一の金属材料であることが好ましい。
【００１６】
押圧ローラー６は、ギャップ３に供給された粉末接合材料９を、ローラー面を介して上方より押圧するものであり、ギャップ３内での粉末接合材料９の充填密度を高めることができる。従って、押圧ローラー６は進行方向Ａに対して回転自在に保持されており、ローラー面が被接合部材４に接するように設置されている。押圧の手段としては、例えば押圧ローラー６の全体を上方からバネ（スプリングや空気バネなど）により加圧する方法の他に、押圧ローラー６自体を弾性材料で製作してもよい。
【００１７】
接合ツール７は、被接合部材４よりも硬い材料からなり、上方より加圧されながらギャップ３に挿入され回転することにより摩擦撹拌接合を行い、突き合わせ部２に沿って接合部１４を形成するものであり、図示しない下端部には突起部（図３の符号３１に相当する。）が設けられている。
【００１８】
最後尾に配置されている粉末回収装置８は、摩擦撹拌接合に使用されなかった粉末接合材料１０を、吸引ポンプ１１で吸引することにより回収するものであり、前出の供給ホッパー５と輸送管１２により接続されている。
【００１９】
次に、上記の摩擦撹拌接合装置１の動作について説明する。
【００２０】
図示しない切り出し装置から供給ホッパー５に供給された粉末接合材料９は、供給ホッパー５の下部から被接合部材４の突き合わせ部２のギャップ３に連続的に供給される。このとき、粉末接合材料９は、図２（ａ）に示すように、ギャップ上に山盛りになるまで供給することが望ましい。ギャップ３に供給された粉末接合材料９は、図２（ｂ）に示すように、押圧ローラー６のローラー面を介して上方から押圧され、ギャップ３内での充填密度が高められた状態９ａとなる。この押圧ローラー６の幅は、ギャップ３内の粉末接合材料９を均一に押圧するために、ギャップ３の幅と同一またはわずかに大きくすることが好ましい。
【００２１】
また、押圧ローラー６の押圧の大きさについては、例えば粒径が５０〜１００ μｍの大きさのアルミニウムの粉末を用いた場合には、バネによる４００〜５００ ｋｇｆの加圧により、ギャップ部にアルミニウム粉末が８０％程度の高密度で良好に充填されることが確認されている。
【００２２】
そして、粉末接合材料９が高密度に充填されたギャップ３に、接合ツール７が回転しつつ挿入することにより、良好な摩擦撹拌接合による接合部１４を形成することができる。
【００２３】
この摩擦撹拌接合に使用されなかったり、ギャップの外へこぼれ出るなどして余った粉末接合材料１０は、粉末回収装置８により吸引されて回収され、輸送管１２と吸引ポンプ１１を介して供給ホッパー５へ送られる。
【００２４】
粉末回収装置８の吸引力については、前出と同じ粒径が５０〜１００ μｍの大きさのアルミニウム粉末を用いた場合には、その大きさを2.0〜10.0 ｋｇｆとすることにより、被接合部材４上の余剰粉末のほとんどを回収できる。
【００２５】
供給ホッパー５の上部には、粉末接合材料９とそれと一緒に吸引された空気とを分離するフィルター１３が設けられており、分離された後の粉末接合材料９は再度ギャップ３へ供給されて再利用される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る摩擦撹拌接合装置の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示すＢ−Ｂ矢視及びＣ−Ｃ矢視の断面図である。
【図３】摩擦撹拌接合の原理を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  摩擦撹拌接合装置
２  突き合わせ部
３  ギャップ
４  被接合部材
５  供給ホッパー
６  押圧ローラー
７  ツール
８  粉末回収装置
９  粉末接合材料
９ａ  ギャップ内に高密度で充填された粉末接合材料
１０  余剰の粉末接合材料
１１  吸引ポンプ
１２  輸送管
１３  フィルター
１４  接合部
３０  ツール
３１  突起部
３２  被接合部材
３３  突き合わせ部
３４  接合部
【図１】
2007029955.tif 000003
【図２】
2007029955.tif 000004
【図３】
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