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発明の名称 摩擦撹拌接合方法及び装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−29955(P2007−29955A)
公開日 平成19年2月8日(2007.2.8)
出願番号 特願2005−212166(P2005−212166)
出願日 平成17年7月22日(2005.7.22)
代理人 【識別番号】100066865
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 信一
発明者 大野 豊 / 藤井 秀樹 / 中村 啓二 / 志水 栄一 / 奈良 圭祐
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
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





 

 


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