(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材の端部に前記部材の表面から突出する凸部を有する２つの前記部材の前記端部同士を突合せ、
大径部の先端部に前記大径部の軸方向に突出した小径部を備える回転工具を前記凸部側から前記部材に挿入する摩擦攪拌接合方法において、
前記回転工具は前記大径部の先端部の外周面から半径方向に突出するカッターを備えると共に、前記カッターは前記カッターの下端が前記大径部の先端に対して大径部先端から後退する方向に段差を設けて配設されており、
前記回転工具は前記小径部の先端を移動方向に向けて傾斜しており、
傾斜した回転工具の大径部の下方の先端部とカッターの下端を結ぶ線分が前記部材の表面に対してほぼ平行であって、
前記回転工具の前記大径部の前記先端部が前記凸部の頂と前記部材の表面との間に位置しており、
摩擦攪拌接合の際に前記カッターによって前記凸部の頂と前記部材の表面との間の前記凸部を切削すること、
を特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【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方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
端部に凸部（突部）を有する２つの被接合部材を突き合わせ、凸部側から回転工具を挿入して摩擦攪拌接合を行っている。これは２つの部材の間に隙間がある場合等の減肉を補填するためである。接合後、凸部が不要な場合は凸部を切削して除去し、部材の外面を平滑にする。これは特開平０９−３０９１６４号公報（ＥＰ０７９７０４３Ａ２）に示されている。
【０００３】
また、回転工具の半径方向にカッターを設けたものがある。回転工具は大径部とその先端側に設けた小径部とからなる。小径部は接合部内に入り、大径部と小径部との境は被接合部材に接する。カッターは前記境よりも小径部側に突出している。このカッターは摩擦攪拌接合によって生じたバリを切削するものと考えられる。これは特開平１０−７１４７７号公報（ＵＳＰ５７９４８３５）に示されている。
また、回転工具とカッターを分け、カッターにエンドミルを使用するものがある。これは特開平１０−１７５０８９に示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
端部に凸部を有する被接合部材を摩擦攪拌接合すると、接合部にバリが発生する。また、凸部が残る。この凸部側を構造物の外面にする場合には、この凸部を切削して除く必要がある。
そこで、回転工具にカッターを付け、接合しながら余分な凸部とバリを切削することが考えられる。
本発明の目的は、良好な構造体を得る方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述した目的は、部材の端部に前記部材の表面から突出する凸部を有する２つの前記部材の前記端部同士を突合せ、大径部の先端部に前記大径部の軸方向に突出した小径部を備える回転工具を前記凸部側から前記部材に挿入する摩擦攪拌接合方法において、前記回転工具は前記大径部の先端部の外周面から半径方向に突出するカッターを備えると共に、前記カッターは前記カッターの下端が前記大径部の先端に対して大径部先端から後退する方向に段差を設けて配設されており、前記回転工具は前記小径部の先端を移動方向に向けて傾斜しており、前記回転工具の前記大径部の前記先端部が前記凸部の頂と前記部材の表面との間に位置しており、摩擦攪拌接合の際に前記カッターによって前記凸部の頂と前記部材の表面との間の前記凸部を切削すること、により達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明を実施する摩擦攪拌接合装置の側面図である。
全体を符号１で示す摩擦攪拌接合装置は、接合される２つの部材２０，３０が載置されるテーブル５を有し、接合ヘッド２００はその前後に配設される第１の押えローラユニット１１０と、第２の押えローラユニット１２０とともにテーブル５に対して矢印Ａ方向に相対移動する。
【０００７】
第１の押えローラユニット１１０は、接合ヘッド２００に対して進行方向の前方に配設され、回転ローラ１１２が部材２０，３０の未接合の凸部２２，３２の上面を押える。
第１の押えローラユニット１１０は、エアノズル１１４を有し、接合部のゴミ等の異物を除去する。
【０００８】
第２の押えローラユニット１２０は、接合ヘッド２００の進行方向の後方に配設され、回転ローラ１２２が接合ビード５０の上面を押える。第２の押えローラユニット１２０もエアノズル１２４を有し、接合時に発生したチップ等を除去する。
【０００９】
図２は、本発明の摩擦攪拌接合装置のヘッドを示す側面図、図３は平面図である。
全体を符号１で示す本発明の摩擦攪拌接合装置の接合ヘッド２００は、テーブル５に対して矢印Ａ方向に相対移動すると共に、進行方向に直交する方向Ｂおよび高さ方向Ｃに移動制御される。
【００１０】
ヘッド５上には、接合対象である第１の部材２０と第２の部材３０が接合端面４０を接して又は近接して取り付けられている。第１の部材２０は接合用の凸部２２を有し、第２の部材３０も接合用の凸部３２を有する。
ヘッド２００は、回転工具１０とセンサ２１０を備える。回転工具１０は、矢印Ｒ方向に回転しつつ矢印Ａ方向に移動し、部材の接合部に摩擦攪拌接合を施し、接合ビート５０を形成する。
回転工具１０は、バリ取りカッター１２を有し、摩擦攪拌接合時に発生するバリを切断し、チップ６０として接合ビート５０上から排除する。
【００１１】
ヘッド２００に装備されるセンサ２１０は、箱形のハウジングを有し、カバー２３０により囲われる。カバー２３０は、センサ２１０の一方の側面と回転工具１０に対向する前面を覆う。
ヘッド２００のハウジングの回転工具１０とは反対側の位置には、エアノズル２４０が取り付けられる。
【００１２】
センサ２１０は、光ビーム２１２を部材２０，３０の上面に投射して、部材２０，３０の凸部２２，３２の縁部２４，３４の位置を光学的に検知する。
このセンサ２１０の情報に基づいて、ヘッド２００は矢印Ｂ方向に移動制御され、回転工具１０の中心は、両縁部２４，３４の中心に沿って案内される。
また、センサ２１０は凸部２２，３２の頂の高さ位置を検知する。これによって加工ヘッド２００は、矢印Ｃ方向に移動制御され、回転工具１０の挿入量を所定にする。
【００１３】
回転工具１０は、バリ取りカッター１２を有し、摩擦攪拌接合を施す際に発生するバリを切断してチップ６０にかえる。工具１０の回転の遠心力によって、チップ６０は周囲に飛散する。
【００１４】
カバー２３０の前面板２３２は、ヘッド２００の進行方向Ａと平行した側面板２３１に対して鈍角の折曲角αで折り曲げられて、センサ２１０のハウジングの前面を覆う。
センサ２１０のハウジングの後部に設けられるエアノズル２４０から噴射されるエアジェットＪは、カバー２３０の前面板２３２の下面に形成される間隙Ｇから噴出して、カバー２３０に浸入しようとするチップ６０を排除する。
【００１５】
また、カバーの前面板２３２の裏側に突き当たったエアジェットＪは、前面板２３２に沿って、矢印Ｆ方向に偏流されてチップ６０をカバーの開閉された側方へ吹き飛ばす。
【００１６】
図４は、回転工具１０の回転中心軸Ｃ1と接合部材の凸部２２，３２との関係を示す。
回転工具１０の先端部には小径部１４が設けられ、その外周部にはバリ取りカッター１２が形成される。
【００１７】
図４は、回転工具１０の回転中心軸Ｃ1が接合部材の凸部２２，３２に対して９０度の角度で配設されている状態を示す。
実際の接合に際しては、図５に示すように部材の表面に対する垂線Ｃ1に対して、回転工具１０の回転中心軸Ｃ2を角度βだけ傾けて接合する。
この角度βは、接合条件により異なるが、３度程度に選択される。
【００１８】
実際の接合は、端部に凸部を有する２つの部材の凸部同士を突合せ、前記凸部側から前記部材に挿入した回転工具によって摩擦攪拌接合し、前記回転工具は回転工具の先端の小径部が移動方向において前記回転工具の大径部よりも前方に位置するように傾斜しており、かつ、前記凸部に挿入した前記大径部であって最も深い位置は前記凸部の頂と該凸部を除いた前記部材の外面との間に位置しており、前記回転工具の回転による前記摩擦攪拌接合の際、前記回転工具の大径部の半径方向に突出して設けたカッターによって、前記凸部の頂と該凸部を除いた前記部材の外面との間の前記凸部を切削する手段を備えるものである。
【００１９】
図６は、回転工具の大径部の先端と、バリ取りカッター１２の位置関係を示す。  （Ａ）はカッター１２の下端が大径部の先端に対して高さ寸法Ｈ1だけ、大径部先端から段差を設けて配設された状態を示す。（Ｂ）は、カッター１２の下端が大径部先端より高さ寸法Ｈ2だけ突出している状態を示す。
カッターの下端を大径部の先端に対して同一の高さに設定することを含めて、バリ取りカッターの配設位置を設定することができる。
【００２０】
図７は、接合ビード部の状態を示す。
（Ａ）に示すように、回転工具１０の大径部の外径寸法Ｄ1は、接合部材２０，３０の凸部２２，３２の幅寸法Ｌ1よりも小さい。そして、バリ取りカッター１２の回転径Ｄ2は、凸部２２，３２の幅寸法Ｌ1よりも大きく設定される。
（Ｂ）に示すように、摩擦攪拌接合装置により接合ビード５０が形成されると、バリ５２が発生する。このままの状態では、接合ビード５０の表面５０ａは、部材２０，３０の表面から高さ寸法Ｔ1の位置となる。
（Ｃ）は、バリを含めてカッター１２により、表面を削り、高さ寸法Ｔ2の位置に平坦面５０ｂが形成されたことを示す。
さらに、（Ｄ）に示すように、この表面を手動工具等で除去して、部材２０，３０と同一の平面５０ｃを得ることができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、端部に凸部を有する２つの部材の突部同士を突合せて、この凸部側から回転工具を挿入し、摩擦攪拌接合により良好な接合を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の摩擦攪拌接合装置の側面図。
【図２】図１の要部の側面図。
【図３】図２の平面図。
【図４】回転工具と接合部材の関係を示す説明図。
【図５】回転工具と接合部材の関係を示す説明図。
【図６】回転工具の構成を示す説明図。
【図７】接合部の説明図。
【符号の説明】
１ａ  摩擦攪拌接合装置
５  テーブル
１０  回転工具
１２  バリ取りカッター
２０，３０  接合対象部材
４０  接合端部
５０  接合ビート
６０  チップ
２００  ヘッド
２１０  センサ
２３０  カバー
２４０  エアノズル
【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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