(57)【要約】【課題】摩擦攪拌接合装置において、コストの大幅な増加なしに接合部分を効率的に加熱して迅速に軟化させることができ、被接合材料が鉄等の高融点材料の場合にも回転工具の損傷を少なくして、長距離接合を可能とするとともに接合速度を上げられること。【解決手段】摩擦攪拌接合装置１においては、被接合物Ｗが高融点材料からなる場合でも、電源３を用いて回転工具２及び被接合物Ｗに電流を流すことによって、回転工具２及び被接合物Ｗの接合部分ＷＢに抵抗発熱を起こさせて、回転工具２の高速回転による摩擦熱と相俟って、接合部分ＷＢの温度を急速に軟化点まで上げることができ、塑性流動状態とすることができるため、回転工具２を損傷させることなく長距離接合ができ、かつ接合速度を上げることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に突出したピンを有し、被接合物より硬い材料からなる回転工具の前記ピンを、前記被接合物の接合部分に押圧挿入して、前記回転工具を回転させながら前記接合部分に沿って移動させることによって、前記回転工具と前記被接合物との間に生ずる摩擦熱による塑性流動によって前記被接合物を固相接合する摩擦攪拌接合装置であって、
前記回転工具と前記被接合物とに電流を流す電源を設けることによって前記回転工具及び前記被接合物の接合部分に抵抗発熱を起こさせることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項２】
前記電源は、前記回転工具と前記被接合物とが接触した時点から通電を開始することを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項３】
前記電源は、前記回転工具と前記被接合物とが接触した時点からまたは接触した後に第１電流量にて通電を開始し、接触抵抗が低下した時点から前記第１電流量よりも大きい第２電流量による通電を行うことを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置。
【請求項４】
前記被接合物の温度を測定する測定手段を備え、前記被接合物の温度が所定温度より低い場合には電流値を増加し、前記被接合物の温度が所定温度より高い場合には電流値を減少させることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高融点材料に適用した場合にも回転工具及びその先端のピン部分の損傷を少なくして、コストの大幅な増加をすることなく長距離に亘って接合を行うことができる摩擦攪拌接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
摩擦攪拌接合（Friction Stir Welding，以下「ＦＳＷ」ともいう。）とは、従来溶接することが困難であったアルミニウム合金を接合するために、１９９１年１２月に、英国のThe Welding Institute（ＴＷＩ）において発明された固相接合方法である。
【０００３】
この接合方法においては、被接合材料より実質的に硬い材質からなるツール（円柱状工具）を被接合材料の接合部分に挿入し、ツールを回転させながら接合部分に沿って移動させる。回転するツール近傍の被接合材料は、ツールと被接合材料の間で発生する摩擦熱により昇温するために軟化し、ツールの回転によって攪拌され、固相接合がなされる。金属の塑性流動を利用した固相接合であるため、接合部分の溶融がない。これによって、接合後の歪みや欠陥（ブローホール等）が少ない等の多くの利点がある。
【０００４】
しかしながら、従来のＦＳＷ法においては、溶接速度が遅いために生産性が悪い、及びツールの寿命が短い、という二つの問題点があった。即ち、第１の問題点については、熱伝導性の良い材料（アルミニウム、銅合金、等）を接合する場合、ツールと被接合材料間の摩擦熱が逃げ易く軟化し難いため溶接速度を上げることができず、また高融点材料（鉄、ニッケル合金、等）を接合する場合、ツールと被接合材料間の摩擦熱だけで軟化温度まで昇温させることが難しいため、接合速度を上げることができなかった。
【０００５】
また、第２の問題点については、ＦＳＷ法による健全な接合にはツールが何より重要であり、従来から種々の工夫がなされてきた。一例として、ツール先端のピンにねじを切った形状にすることによって塑性流動し易くしているものがあるが、ねじを切っていない場合と比較してツールの劣化が激しい。これは、高融点材料（鉄、ニッケル合金、等）を接合する場合に特に顕著であり、高融点材料は高温強度が高いために低融点材料を接合する場合よりも、ツールの回転数を高速にする必要がある。従って、ツールへの負荷が増大することになり、ツールの劣化（チッピング、割れ、等）が激しく、長距離接合が難しいという問題につながる。
【０００６】
そこで、特許文献１に記載の発明においては、ツールを超硬合金であるタングステン基耐熱材料を含むものとする摩擦攪拌接合装置を創作している。しかし、この発明においては、上記第２の問題点であるツールの寿命が短いという問題はある程度解決することができるが、上記第１の問題点である接合速度を上げることができないという問題を解決することができない。
【０００７】
そこで、特許文献２に記載の発明においては、接合部分にレーザビームを照射して加熱するか、接合面間にインサート材を挿入した状態で、または両方の手段を併用しながら摩擦攪拌接合を行うことによって、レーザビームを照射することにより高融点材料であっても流動化が可能になり、接合面間にインサート材を挿入することにより被接合材料との間に断熱性を付与して、摩擦熱の発散を防ぐことができるとしている。
【特許文献１】特開２００４−３５８５５６号公報
【特許文献２】特開２００５−２８８４９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献２に記載の技術においては、接合部分にレーザビームを照射して加熱する方法については、被接合材料である金属を溶融させることなく加熱しなければならないため、レーザビームを集中照射することができず、その結果、被接合材料全体を暖めなければならなくなり、接合部分を軟化点まで加熱するためには高出力のレーザ発振器が必要となるため、摩擦攪拌接合装置が極めて高価でかつ大掛かりなものとなる。また、接合面間にインサート材を挿入することにより被接合材料との間に断熱性を付与する方法については、接合面間にインサート材を挿入するため工数の増加につながり、またインサート材が必要であるためランニングコストの増加につながるという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、コストの大幅な増加なしに接合部分を効率的に加熱して迅速に軟化させることができ、被接合材料が鉄、ニッケル合金、等の高融点材料の場合にも回転工具（ツール）の損傷を少なくして、長距離接合を可能とするとともに接合速度を上げることができる摩擦攪拌接合装置を提供することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明にかかる摩擦攪拌接合装置は、先端に突出したピンを有し、被接合物より硬い材料からなる回転工具の前記ピンを、前記被接合物の接合部分に押圧挿入して、前記回転工具を回転させながら前記接合部分に沿って移動させることによって、前記回転工具と前記被接合物との間に生ずる摩擦熱による塑性流動によって前記被接合物を固相接合する摩擦攪拌接合装置であって、前記回転工具と前記被接合物とに電流を流す電源を設けることによって前記回転工具及び前記被接合物の接合部分に抵抗発熱を起こさせるものである。
【００１１】
ここで、「電源」としては、直流電源、交流電源のいずれでも構わない。
【００１２】
請求項２の発明にかかる摩擦攪拌接合装置は、請求項１の構成において、前記電源は、前記回転工具と前記被接合物とが接触した時点から通電を開始するものである。
【００１３】
請求項３の発明にかかる摩擦攪拌接合装置は、請求項１の構成において、前記電源は、前記回転工具と前記被接合物とが接触した時点からまたは接触した後に第１電流量にて通電を開始し、接触抵抗が低下した時点から前記第１電流量よりも大きい第２電流量による通電を行うものである。
【００１４】
請求項４の発明にかかる摩擦攪拌接合装置は、請求項１の構成において、前記被接合物の温度を測定する測定手段を備え、前記被接合物の温度が所定温度より低い場合には電流値を増加し、前記被接合物の温度が所定温度より高い場合には電流値を減少させるものである。
【００１５】
ここで、電流値の増減は、フィードバック制御によって行われる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明にかかる摩擦攪拌接合装置は、先端に突出したピンを有し被接合物より硬い材料からなる回転工具のピンを被接合物の接合部分に挿入して回転工具を回転させながら接合部分に沿って移動させることによって、回転工具と被接合物との間に生ずる摩擦熱による塑性流動によって被接合物を固相接合する摩擦攪拌接合装置であって、回転工具と被接合物との間に電流を流す電源を設けることによって回転工具及び被接合物の接合部分に抵抗発熱を起こさせる。ここで、「電源」としては、直流電源、交流電源のいずれでも構わない。
【００１７】
このように、回転工具と被接合物との間に生ずる摩擦熱による塑性流動によって被接合物を固相接合する摩擦攪拌接合装置において、電源を設けて電流供給線を回転工具と被接合物とにそれぞれ接続することによって、回転工具と被接合物とが接触した状態において回転工具と被接合物とに電流を流すことができる。
【００１８】
これによって、回転工具と被接合物の接合部分とにおいて抵抗発熱が起こり、回転工具の回転による摩擦熱に加えて、この抵抗発熱によって接合部分の温度をより高くすることができ、回転工具の回転による摩擦熱が少なくても被接合物の接合部分の温度を迅速に軟化点まで上げることができる。従って、回転工具に余分な負荷を掛ける必要がなくなり、回転工具の損傷が少なくなるため寿命が伸びて、長距離の接合が可能となる。また、接合部分に抵抗発熱を起こさせて摩擦熱と相俟って塑性流動を促進させることから、接合速度を速くすることができる。
【００１９】
更に、被接合材料が鉄、ニッケル合金、等の高融点材料の場合にも、回転工具に無理な負荷を掛けることなく、接合部分に抵抗発熱を起こさせることによって迅速に高融点材料の軟化点まで加熱することができる。従って、回転工具に無理な負荷を掛ける必要がなくなり損傷が少なくなるため寿命が伸びて、長距離の接合が可能となる。また、接合部分に抵抗発熱を起こさせて摩擦熱と相俟って塑性流動を促進させることから、接合速度を速くすることができる。
【００２０】
そして、かかる電源は、高出力のレーザ発振器を導入する場合のような膨大なコストを掛けることなく、摩擦攪拌接合装置に導入することができる。
【００２１】
このようにして、コストの大幅な増加なしに接合部分を効率的に加熱して迅速に軟化させることができ、被接合材料が鉄、ニッケル合金、等の高融点材料の場合にも回転工具の損傷を少なくして長距離接合を可能とするとともに接合速度を上げることができる摩擦攪拌接合装置となる。
【００２２】
なお、回転工具は、超硬合金系材料からなるものであることがより好ましい。ここで、「超硬合金」とは、周期律表の４Ａ，５Ａ，６Ａ族金属（Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ）の炭化物粒子を、鉄族金属（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）を結合材に用いて焼結した複合合金をいう。これらの炭化物はいずれも高融点・高硬度で酸化抵抗にも優れており、９種類の炭化物と鉄族金属との組み合わせにより、多種類の超硬合金が得られるが、それらのうちＷＣ−Ｃｏ系合金が最も機械的性質に優れている。
【００２３】
そして、「超硬合金系材料」とは、これらの超硬合金そのもの及び超硬合金を含む材料をいう。これらのＷＣ−Ｃｏ系合金を始めとする超硬合金系材料からなる回転工具を摩擦攪拌接合装置に用いることによって、被接合材料が鉄、ニッケル合金、等の高融点材料の場合にも回転工具の損傷がより少なくなり、回転工具の寿命が更に伸びて、より長距離の接合が可能になり、より接合速度を向上させることができる。
【００２４】
請求項２の発明にかかる摩擦攪拌接合装置は、電源が、回転工具と被接合物とが接触した時点から通電を開始するものである。即ち、電源の電流供給線を回転工具と被接合物とに接続して予め電圧を掛けておくことによって、回転工具と被接合物とが接触した瞬間から電源による通電が開始されるものである。これによって、回転工具と被接合物とにおける抵抗発熱が摩擦攪拌接合の初期から発生するため、より早期に被接合物の接合部分の温度が上昇して軟化するので、効率的に摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００２５】
このようにして、コストの大幅な増加なしに接合部分を効率的に加熱して迅速に軟化させることができ、被接合材料が鉄、ニッケル合金、等の高融点材料の場合にも回転工具の損傷を少なくして長距離接合を可能とするとともに接合速度を上げることができる摩擦攪拌接合装置となる。
【００２６】
請求項３の発明にかかる摩擦攪拌接合装置は、電源が、回転工具と被接合物とが接触した時点からまたは接触した後に第１電流量にて通電を開始し、接触抵抗が低下した時点から第１電流量よりも大きい第２電流量による通電を行うものである。また、電源が回転工具と被接合物とが接触した時点からまたは接触した後に小さい電流量の通電を開始し、接触抵抗が低下した時点から大きい電流量の通電を行うものであっても良い。
【００２７】
これによって、接触抵抗が低下することによって電源電圧もともに低下する垂下現象を防止して、より効率的に電流を流すことができて、回転工具と被接合物の抵抗発熱を促進して、被接合物の接合部分をより早く軟化点まで加熱することができ、回転工具に余分な負荷を掛ける必要がなくなり、回転工具の損傷が少なくなるため寿命が伸びて、長距離の接合が可能となる。また、接合部分に抵抗発熱を起こさせて摩擦熱と相俟って塑性流動を促進させることから、接合速度を速くすることができる。
【００２８】
更に、被接合材料が鉄、ニッケル合金、等の高融点材料の場合にも、回転工具に無理な負荷を掛けることなく、接合部分に抵抗発熱を起こさせることによって迅速に高融点材料の軟化点まで加熱することができる。従って、回転工具に無理な負荷を掛ける必要がなくなり損傷が少なくなるため寿命が伸びて、長距離の接合が可能となる。また、接合部分に抵抗発熱を起こさせて摩擦熱と相俟って塑性流動を促進させることから、接合速度を速くすることができる。
【００２９】
このようにして、コストの大幅な増加なしに接合部分を効率的に加熱して迅速に軟化させることができ、被接合材料が鉄、ニッケル合金、等の高融点材料の場合にも回転工具の損傷を少なくして長距離接合を可能とするとともに接合速度を上げることができる摩擦攪拌接合装置となる。
【００３０】
請求項４の発明にかかる摩擦攪拌接合装置は、被接合物の温度を測定する測定手段を備え、被接合物の温度が所定温度より低い場合には電流値を増加し、被接合物の温度が所定温度より高い場合には電流値を減少させるものである。ここで、電流値の増減は、フィードバック制御によって行われる。
【００３１】
本発明にかかる摩擦攪拌接合装置においては、被接合物の温度を測定することによって被接合物の接合部分の温度を間接的に測定することができるため、電流値の増減をフィードバック制御により行うことによって、接合部分の温度を常に被接合物の軟化点以上に保持することができ、しかも被接合物の温度が所定温度より高い場合には電流値を減少させるので、無駄に電力を消費することがない。これによって、ランニングコストがより少なくて済む摩擦攪拌接合装置となる。
【００３２】
このようにして、コストの大幅な増加なしに接合部分を効率的に加熱して迅速に軟化させることができ、被接合材料が鉄、ニッケル合金、等の高融点材料の場合にも回転工具の損傷をより少なくしてより長距離の接合を可能とするとともに、更に接合速度を上げることができる摩擦攪拌接合装置となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置について、図１乃至図４を参照して説明する。
【００３４】
図１は本発明の実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す模式図である。図２は本発明の実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置の回転工具による接合部分を示す断面模式図である。図３は本発明の実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置の電源の内部回路を示すブロック図である。図４（ａ）は本発明の実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置に用いられる回転工具の第１変形例を示す先端部分拡大図、（ｂ）は第２変形例を示す先端部分拡大図、（ｃ）は第３変形例を示す先端部分断面図である。
【００３５】
図１に示されるように、本実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置１は、円柱状の回転工具２を図示しないチャック機構で垂直に支持して回転させる図示しない回転機構と、回転工具２と被接合物Ｗとの間に電流を供給するための電源３と、高速回転する回転工具２に電源３から供給される電流を電流線４Ａを介して供給する摺動接点としてのブラシ５と、接合される１対の被接合物Ｗに電源３から供給される電流を供給する電流線４Ｂとを具備している。
【００３６】
本実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置１においては、円柱状の回転工具２は超硬合金であるＷＣ−Ｃｏ系合金からなるものであり、直径は１０ｍｍΦで長さは５０ｍｍである。なお、回転工具２はＷＣ−Ｃｏ系合金からなるものに限られず、他の超硬合金または超硬合金系材料からなるものでも良く、更には超硬合金系材料以外のＳＫＤ（工具鋼）等からなるものでも良い。とにかく、被接合物Ｗよりも実質的に硬い金属材料であれば、回転工具２の材料として用いることができる。
【００３７】
ブラシ５は、Ｃｕ（銅）板を加工してなるものであり、回転工具２を挟み付けるようにばね力が働いており、このばね力によって回転工具２が回転中にぶれるようなことがあっても、安定して連続的に回転工具２に電流を供給することができる。また、図１に示されるように、ブラシ５は回転工具２との接触部分が回転工具２の外周に沿って湾曲した形状を有しており、これによってブラシ５と回転工具２との接触面積が大きくなって、効率良く回転工具２に電流を供給することができる。
【００３８】
なお、ブラシ５は、図示しない回転機構の本体に絶縁物を介してぶら下げ支持されており、回転工具２も図示しないチャック機構との間で電気的に絶縁されている。
【００３９】
次に、回転工具２による摩擦攪拌接合のメカニズムについて、図２を参照して説明する。図２に示されるように、回転工具２の先端には突出したピン２ａが一体に設けられており、このピン２ａの長さは被接合物Ｗの厚さ２ｍｍに対して１．６ｍｍであって、被接合物Ｗの厚さの８０％である。回転工具２による摩擦攪拌接合においては、ピン２ａの長さは被接合物Ｗの厚さに対して８０％±２０％に、即ち被接合物Ｗの厚さの６０％〜１００％の範囲内に設定される。
【００４０】
この理由は、被接合物Ｗの接合部分に挿入されるピン２ａの長さが被接合物Ｗの厚さの６０％未満であると、摩擦攪拌（塑性流動）領域６が被接合物Ｗの接合部分の裏側まで到達せず、被接合物Ｗの接合部分ＷＢの裏側に未接合の部分が生じてしまい、またピン２ａの長さが被接合物Ｗの厚さの１００％を超えると、被接合物Ｗの接合部分ＷＢの裏側まで貫通してしまうからである。
【００４１】
このピン２ａを、回転工具２の上端を支持している図示しないチャック機構を回転させる図示しない回転機構によって、回転させながら垂直方向に圧力を掛けて、約１秒で被接合物Ｗの接合部分ＷＢ内に押し込む。そして、そのまま回転工具２を高速回転させることによって、回転工具２のピン２ａと被接合物Ｗとの間の摩擦熱によってピン２ａの周囲が軟化して塑性流動領域６が発生する。
【００４２】
後は、図１に示されるように、図示しないチャック機構を回転させながら移動させることによって、回転工具２を５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍの高速回転で回転させながら移動させれば、ビードＢＤを表面に形成しながら１対の被接合物Ｗの接合面が裏側まで接合されて行く。
【００４３】
ここで、被接合物Ｗがアルミニウム合金板のような比較的軟化点の低い材質からなるものであれば、超硬合金のＷＣ−Ｃｏ系合金からなる回転工具２を損傷させることなく、長い距離を接合させることができるが、被接合物Ｗが炭素鋼・ステンレス鋼・ニッケル合金のような軟化点の高い材質からなるものである場合には、超硬合金のＷＣ−Ｃｏ系合金からなる回転工具２を用いても、より高速回転させて時間を掛けなければ被接合物Ｗの軟化点まで温度が上昇せず、接合速度を上げることができなかった。
【００４４】
そこで、本実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置１においては、図１，図２に示されるように、電源３を用いて回転工具２及び被接合物Ｗに電流を流すことによって、回転工具２及び被接合物Ｗの接合部分ＷＢに抵抗発熱を起こさせて、回転工具２の回転による摩擦熱と相俟って、接合部分ＷＢの温度を急速に軟化点まで上げることができ、回転工具２を損傷させることなく長距離接合ができ、かつ接合速度を上げることができる。
【００４５】
ここで、回転工具２及び被接合物Ｗに電流を流すタイミングとしては、電源３によって予め電圧を掛けておいて、回転工具２の先端のピン２ａと被接合物Ｗとが接触した瞬間から電流が流れるようにしておけば、早期に抵抗発熱を起こさせることができる。さらに、本実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置１においては、接触抵抗が低下した時点から大きい電流量の通電を行うことによって、より効率的に抵抗発熱を起こさせている。
【００４６】
なお、被接合物Ｗへの電源３からの電流線４Ｂの接続点４Ｂａ，４Ｂｂは、常に回転工具２の直下にある方が、より効率的に接合部分ＷＢの温度を上げることができるので、より好ましい。ここで、移動する回転工具２に伴って接続点４Ｂａ，４Ｂｂを回転工具２の直下に移動させる方法としては、例えば、電流線４Ｂを長いフレキシブルなものにしておいて、被接合物Ｗの下面に接続点４Ｂａ，４Ｂｂを押し付ける機構を設けて、この機構が回転工具２に伴って移動する方式等を採ることができる。
【００４７】
通電システムについて、図３を参照して説明する。図３に示されるように、電源３は２個の接合用電源６Ａ，６Ｂを内蔵しており、接合用電源６Ａは電力容量が小さく、接合用電源６Ｂは電力容量が大きい。これら２個の接合用電源６Ａ，６Ｂは、スイッチング回路７によって接合用電源６Ａのみが電源回路に接続された状態と接合用電源６Ａ，６Ｂの両方が電源回路に接続された状態とが、自動的に切り替えられる。
【００４８】
最初は接合用電源６Ａのみが電源回路に接続された状態となっており、回転工具２の先端のピン２ａと被接合物Ｗとが接触した時点から、回転工具２及び被接合物Ｗに比較的小さい電流（第１電流量）が流れる。ここで、回転工具２と被接合物Ｗの接触抵抗を測定するために、電流線４Ｂに直列に比較抵抗９を入れた場合の電流と、電流線４Ａから分岐した線の電流とが比較器８において比較されて、回転工具２と被接合物Ｗの接触抵抗が一定値以下になると、比較器８からスイッチング回路７に制御電流が流れてスイッチング回路７が動作し、接合用電源６Ａ，６Ｂの両方が電源回路に接続された状態に切り替えられる。
【００４９】
これによって、回転工具２及び被接合物Ｗに接合用電源６Ａ，６Ｂから大きい電流（第１電流量よりも大きい第２電流量）が流れて、接触抵抗が低下することによって電源電圧もともに低下する垂下現象を防止して、より効率的に電流を流すことができ、回転工具２及び被接合物Ｗの抵抗発熱を促進して、被接合物Ｗの接合部分ＷＢをより早く軟化点まで加熱することができる。
【００５０】
なお、スイッチング回路７は、比較器８からの制御電流によって、電力容量が小さい接合用電源６Ａが電源回路に接続された状態から、電力容量が大きい接合用電源６Ｂが電源回路に接続された状態に切り替えるように動作させても良い。
【００５１】
また、本実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置１においては、第１電流量によって通電を開始し、回転工具２と被接合物Ｗの接触抵抗が一定値以下になると第１電流量よりも大きい第２電流量による通電を行う方式を採っているが、この方式以外にも、被接合物Ｗの温度を測定する測定手段を備え、被接合物Ｗの温度が所定温度より低い場合には電流値を増加し、被接合物Ｗの温度が所定温度より高い場合には電流値を減少させる方式とすることもできる。
【００５２】
この方式においては、被接合物Ｗの温度を測定することによって被接合物Ｗの接合部分ＷＢの温度を間接的に測定することができるため、電流値の増減をフィードバック制御により行うことによって、接合部分ＷＢの温度を常に被接合物Ｗの軟化点以上に保持することができ、しかも無駄に電力を消費することがない。これによって、ランニングコストがより少なくて済む摩擦攪拌接合装置となる。
【００５３】
更に、本実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置１に用いられる回転工具及びピンの形状の変形例について、図４を参照して説明する。図４（ａ）に示されるように、第１変形例にかかる回転工具２Ａにおいては、先端のピン２Ａａがテーパ形状を有している。これによって、上記回転工具２におけるように先端のピン２ａが円柱状の場合と比較して、被接合物Ｗの接合部分ＷＢのより広い範囲において、塑性流動を起こすことができる。
【００５４】
また、図４（ｂ）に示されるように、第２変形例にかかる回転工具２Ｂにおいては、回転工具２Ｂが上から見て時計回り方向（右回り方向）に回転するのに対して、先端のピン２Ｂａには左ねじ、即ち逆ねじが切られている。これによって、先端のピン２Ｂａと被接合物Ｗとの回転抵抗が増大して、より大きな摩擦熱を発生させることができる。
【００５５】
従来、このような形状の回転工具２Ｂは、損傷し易く寿命が短かったが、本実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置１においては、同時に電気抵抗発熱によって迅速に被接合物Ｗの軟化点まで温度が上昇するため、回転工具２Ｂの損傷が少なくなり寿命が伸びて、長距離接合が可能になる。
【００５６】
また、図４（ｃ）に示されるように、第３変形例にかかる回転工具２Ｃにおいては、回転工具２Ｃのショルダー部分に全周に亘って、抉れ２Ｃｃが設けられている。これによって、回転工具２Ｃが高速回転しながら移動する場合の、ピン２Ｃａが被接合物Ｗを押し退ける際に発生する噴出しが全てこの抉れ２Ｃｃの中に取り込まれて、余分な抵抗を受けることなく、回転工具２Ｃを移動させることができる。
【００５７】
本発明においては、以上の回転工具２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ以外にも、被接合物を構成する金属材料より実質的に硬い金属材料からなるものであれば、種々の形状を有する回転工具を用いることができる。
【００５８】
また、本実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置１を用いた摩擦攪拌接合方法は、「先端に突出したピン２ａを有し、被接合物Ｗより硬い材料からなる回転工具２の前記ピン２ａを、前記被接合物Ｗの接合部分ＷＢに押圧挿入して、前記回転工具２を回転させながら前記接合部分ＷＢに沿って移動させることによって前記被接合物Ｗを固相接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記回転工具２と前記被接合物Ｗとに通電することによって前記回転工具２及び前記被接合物Ｗの接合部分ＷＢに抵抗発熱を起こさせることを特徴とする摩擦攪拌接合方法」の発明として把握することができる。
【００５９】
本発明を実施するに際しては、摩擦攪拌接合装置のその他の部分の構成、形状、数量、材質、大きさ、接続関係等については、本実施の形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は本発明の実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す模式図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置の回転工具による接合部分を示す断面模式図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置の電源の内部回路を示すブロック図である。
【図４】図４（ａ）は本発明の実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置に用いられる回転工具の第１変形例を示す先端部分拡大図、（ｂ）は第２変形例を示す先端部分拡大図、（ｃ）は第３変形例を示す先端部分断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１  摩擦攪拌接合装置
２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ  回転工具
２ａ，２Ａａ，２Ｂａ，２Ｃａ  ピン
３  電源
Ｗ  被接合物
ＷＢ  接合部分
【図１】
2007268543.tif 000003
【図２】
2007268543.tif 000004
【図３】
2007268543.tif 000005
【図４】
2007268543.tif 000006