(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材同士の接合線に沿って回転子のプローブを埋入状態で回転しつつ進行させて両金属材同士を接合一体化する摩擦攪拌接合において、
前記回転子の丸軸部の下端にプローブが同心状に突設されると共に、この丸軸部の周面上部に形成されたブラケットに、下端に研削部材を保持するロッドがその上端で垂直面内揺動自在に枢着され、且つ前記ロッドの中間部と前記丸軸部の周面に設けられた係止突片との間にコイルスプリングが係着し、回転子の静止状態下で前記ロッドの下端側が外側へ出るように傾斜し、且つ下端がプローブの上下端の間の高さになるように設定されている接合装置を用い、
前記接合装置の研削部材を回転子の回転によってプローブの周囲に円運動させることにより、前記プローブに先行して金属材の接合部表面を研削することを特徴とする金属材の接合方法。
【請求項２】
前記金属材は表面処理が施された金属材である請求項１に記載の金属材の接合方法。
【請求項３】
前記表面処理は、樹脂塗装、メッキ、アルマイト加工のいずれかである請求項２に記載の金属材の接合方法。
【請求項４】
前記金属材はアルミニウム材である請求項１〜３のいずれか１項に記載の金属材の接合方法。
【請求項５】
研削粉を除去する請求項１〜４のいずれか１項に記載の金属材の接合方法。
【請求項６】
回転子の丸軸部の下端にプローブが同心状に突設されると共に、この丸軸部の周面上部に形成されたブラケットに、下端に研削部材を保持するロッドがその上端で垂直面内揺動自在に枢着され、且つ前記ロッドの中間部と前記丸軸部の周面に設けられた係止突片との間にコイルスプリングが係着し、回転子の静止状態下で前記ロッドの下端側が外側へ出るように傾斜し、且つ下端がプローブの上下端の間の高さになるように設定されていることを特徴とする金属材の接合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、摩擦攪拌接合法により、金属板材、押出型材、鋳物等の金属材を突き合わせたり重ねた状態で接合する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属材の溶接やロウ付けに代わる新しい接合手段として、摩擦攪拌接合法が登場している。この接合法は、例えば特表平７−５０５０９０号公報に開示されているように、被加工物よりも硬い材質のプローブ（棒状物）を回転させながら被加工物に摺接させた際に、この摺接部分で発生する摩擦熱と圧力によって被加工物素材が塑性流動化するため、該プローブが被加工物中に埋入して且つこの埋入状態のまま被加工物中を移動可能になることを利用したものである。
【０００３】
例えば、図１に示すように、金属板（１）（１）同士を突き合わせて接合する場合、回転子（２）の軸心に突設されたプローブ（３）を回転させながら接合線Ｌの始端部に押し付けて埋入させ、矢印で示すように該接合線Ｌに沿って移動させる。これにより、進行するプローブ（３）の前方側では摩擦熱と圧力によって金属板（１）（１）の素材が塑性流動し、攪拌混練されながら該プローブ（３）の後方側へ漸次移行するが、この後方側では摩擦熱を失って急速に冷却固化するから、両金属板（１）（１）は素材金属が攪拌混練されて完全に一体化した状態で接合される。この場合、金属素材が塑性流動する温度は融点よりもかなり低  く、接合は固相接合の範疇に入るから、接合過程を通して金属材への入熱量は溶接やロウ付けに比較して極めて少なく、接合部近傍の熱歪みによる変形や割れを生じにくく、合金の場合でも接合部の組成変化を生じないという利点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、接合対象とする金属材の表面には、油やゴミのような異物、錆等が付着していたり、樹脂塗装、メッキ、アルマイト加工等の表面処理が施されている場合があり、摩擦攪拌接合の機構状、これらの金属素材とは異なる成分が接合層中に巻き込まれる結果、接合層が素材金属とは異なった組成となって接合品位の低下を招くという問題があった。
【０００５】
この発明は、上述の事情に鑑みて、摩擦攪拌接合による金属材の接合におい  て、接合対象とする金属材の表面の異質成分による接合品位の低下を防止する手段を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の請求項１に係る金属材の接合方法は、金属材同士の接合線に沿って回転子のプローブを埋入状態で回転しつつ進行させて両金属材同士を接合一体化する摩擦攪拌接合において、前記プローブに先行して進行する研削部材により、金属材の接合部表面を研削することを特徴とする構成を採用したものである。このような構成によれば、金属材の接合部表面の異質成分が先行する研削部材にて研削除去された上で、その部分が前記プローブによって摩擦攪拌接合されてゆくから、接合層は異質成分の巻き込みがない金属素材本来の組成を有するものとなる。
【０００７】
請求項２の発明では、上記請求項１の金属材の接合方法において、前記研削部材を回転子に取付け、該研削部材を回転子の回転によってプローブの周囲に円運動させつつ金属材の接合部表面を研削する構成を採用しているから、該研削部材を回転させるための駆動軸を別途に設ける必要がない。
【０００８】
請求項３の発明では、上記請求項１の金属材の接合方法において、前記研削部材を回転子の取付け基体に保持された当該回転子とは別体の回転駆動軸の先端に設け、該研削部材を回転子と共に金属材同士の接合線に沿って進行させる構成を採用しているから、金属表面の異質成分の状態や金属素材の種類に応じて研削部材の回転速度を調整できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明に係る金属材の接合方法について、図面を参照して具体的に説明する。
【００１０】
図２は第一実施例に使用する回転子（２Ａ）を示す。この回転子（２Ａ）は、丸軸部（２１）の下端に丸棒状で球面先端を有するプローブ（３）が同心状に突設されると共に、丸軸部（２１）の周面上部に複数個のブラケット（４）・・が周方向に等配形成され、各ブラケット（４）には枢支ピン（４ａ）を介してロッド（５）が上端で垂直面内揺動自在に枢着されている。しかして、各ロッド    （５）は、下端には砥石等よりなる研削部材（６Ａ）を保持すると共に、その中間部と丸軸部（２１）の周面に設けた係止突片（２２）との間にコイルスプリング（７）が係着しており、回転子（３Ａ）の静止状態下で下端側が若干外側へ出るように傾斜し、且つ下端がプローブ（３）の上下端の間の高さになるように設定されている。
【００１１】
図３はアルミニウム材等の金属板（１）（１）の突き合わせ部（１０）を上記回転子（２Ａ）を用いて摩擦攪拌接合する状態を示す。これら金属板（１）    （１）の表面にはアルマイト加工等による酸化膜（１１）を有しているが、回転子（２Ａ）を回転させつつプローブ（３）を突き合わせ部（１０）に埋入させた際に、各ロッド（５）は下端の研削部材（６Ａ）が金属板（１）（１）の表面に当接し、コイルスプリング（７）の付勢に抗して外側への開き出しを大きくし、この状態で研削部材（６Ａ）が回転子（２Ａ）の回転と共にプローブ（３）を中心として円運動を行い、金属板（１）（１）の表面を研削する。
【００１２】
従って、回転子（２Ａ）を矢印ａのように突き合わせ部（１０）に沿って進行させてゆくと、プローブ（３）の進行方向の前方では、円運動する研削部材（６Ａ）が常に先行して金属板（１）（１）の表面を研削し、これに伴って酸化膜  （１１）が除去されるから、該プローブ（３）による摩擦攪拌接合は常に酸化膜（１１）のない領域で行われ、金属素材のみからなる接合層（１２）が形成されてゆく結果、高い接合品位が得られる。なお、研削部材（６Ａ）による研削粉  は、適当なブロアーを設けて吹き飛ばすか、もしくはダクトで吸引して除去すればよい。
【００１３】
図４は、この発明の第二実施例を示す。この場合、回転子（２Ｂ）の取付け基体（２０）に、回転子（２Ｂ）とは独立した回転駆動軸（８）が垂設され、この回転駆動軸（８）の下端に砥石等よりなる研削部材（６Ｂ）が取付けられてい  る。そして、摩擦攪拌接合に際し、回転子（２Ａ）を回転させつつプローブ    （３）を突き合わせ部（１０）に埋入させ、基体（２０）を矢印ａのように突き合わせ部（１０）に沿って進行させてゆくと、先行する回転駆動軸（８）の研削部材（６Ｂ）がプローブ（３）の進行方向の前方において金属板（１）（１）の表面を研削して酸化膜（１１）を除去するから、前記第一実施例と同様に摩擦攪拌接合は常に酸化膜（１１）のない領域で行われ、金属素材のみからなる接合層（１２）が形成され、高い接合品位が得られる。なお、研削粉の除去は、前記同様にブロアやダクトにて除去すればよい。
【００１４】
この第二実施例の構成では、回転駆動軸（８）の回転速度を回転子（２Ｂ）とは独立して設定可能であるから、研削部材（６Ｂ）による研削力を酸化膜（１  １）の厚み、硬さ、金属板（１）の素材の種類、接合速度等に応じて適当に調整できる。
【００１５】
なお、上記第一及び第二実施例では、金属板（１）の表面に酸化膜（１１）を有する場合について述べたが、この酸化膜（１１）に限らず、樹脂塗膜やメッキ層の如き他の表面処理による異質層が存在したり、油やゴミのような異物、錆等が付着している場合でも、これら異質成分を同様の研削によって除去し、もって金属素材のみからなる接合層（１２）を形成できる。また、クラッド板等の積層体を接合対象とし、接合部分で異なる層の成分が混じり合うことを嫌う場合で  も、接合領域における不要層を同様の研削によって除去して摩擦攪拌接合を行うことができる。
【００１６】
この発明では、前記第一実施例のように研削部材を回転子に取付ける構成において、該研削部材の材質、形状、取付け構造、取付け数、金属材表面への押圧手段等、細部構成は種々設計変更可能である。一方、第二実施例のように回転子の取付け基体の回転駆動軸に研削部材を設ける構成でも、該研削部材の材質、形  状、取付け構造、金属材表面への押圧手段等、細部構成は種々設計変更可能である。更に、摩擦攪拌接合においてプローブを接合線に沿って進行させるには、回転子側と金属材側の何れかを移動させればよい。また、摩擦攪拌接合は金属材同士の突き合わせ部に限らず、重ね部やかみ合わせ部でも同様に行える。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、摩擦攪拌接合による金属材の接合方法において、金属材の接合部表面に油やゴミのような異物、錆等が付着していたり、樹脂塗装、メッキ、アルマイト加工等の表面処理が施されている場合でも、これら異質成分が常に回転子のプローブの進行方向前方側で先行して研削除去されるから、接合層が異質成分を含まない金属素材本来の組成を有するものとなり、高い接合品位が得られる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、上記の接合方法において、異質成分を除去する研削部材が回転子に取付けられているから、該研削部材を回転させるための駆動軸を別途に設ける必要がなく、それだけ設備が簡素化してコスト低減に繋がるという利点がある。
【００１９】
請求項３の発明によれば、上記の接合方法において、異質成分を除去する研削部材が回転子とは別体の回転駆動軸に設けられるから、金属表面の除去すべき異質成分の状態や金属素材の種類に応じて研削部材の回転速度を調整できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】摩擦攪拌接合による金属材の接合状況を示す斜視図である。
【図２】この発明に係る金属材の接合方法の第一実施例に使用する回転子の側面図である。
【図３】  同第一実施例の接合方法を示す縦断側面図である。
【図４】  同第二実施例の接合方法を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
１…金属板（金属材）
１０…突き合わせ部
１１…酸化膜
１２…接合層
２，２Ａ，２Ｂ…回転子
２０…取付け基体
３…プローブ
５…ロッド
６Ａ，６Ｂ…研削部材
７…コイルスプリング
８…回転駆動軸
Ｌ…接合線
【図１】
0003986604.tif 000002
【図２】
0003986604.tif 000003
【図３】
0003986604.tif 000004
【図４】
0003986604.tif 000005