摩擦攪拌加工装置及び摩擦攪拌加工用ツールの再生方法
【課題】摩擦攪拌加工に際して、ツールが摩耗等しても、その摩耗等の前の形状に復元し再生することでツール交換頻度を少なくできるようにする。
【解決手段】摩擦攪拌加工装置１は、摩擦攪拌加工により摩耗等したツール２０の先端部を砥石５１により研削するツール再生機構５を備える。砥石５１は、円形状に形成されており、この砥石５１のツール２０を研削する円周部には、ツール２０の先端部の断面凸形状と略一致する断面凹形状の凹溝５１ａが全周に連続形成される。そして、ツール再生機構５は、ツール２０を回転させながら、砥石５１を回転させてツール２０の先端部を研削する。これにより、ツール２０を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形等する前の形状に復元して再生することができ、同一のツール２０を再度摩擦攪拌加工に使用することができる。
【解決手段】摩擦攪拌加工装置１は、摩擦攪拌加工により摩耗等したツール２０の先端部を砥石５１により研削するツール再生機構５を備える。砥石５１は、円形状に形成されており、この砥石５１のツール２０を研削する円周部には、ツール２０の先端部の断面凸形状と略一致する断面凹形状の凹溝５１ａが全周に連続形成される。そして、ツール再生機構５は、ツール２０を回転させながら、砥石５１を回転させてツール２０の先端部を研削する。これにより、ツール２０を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形等する前の形状に復元して再生することができ、同一のツール２０を再度摩擦攪拌加工に使用することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌加工用ツールの再生機構を備えた摩擦攪拌加工装置及び摩擦攪拌加工用ツールの再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の接合方法として、ＳＫＤ鋼等のダイス鋼や超硬合金又はセラミックス等からなるツールを高速回転させて被加工材に押し付け、その摩擦熱により被加工材を軟化させて攪拌接合する摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）が行われている。また、上記ツールを用いて、被加工材表面の強度及び硬度等を向上させる摩擦攪拌改質（ＦＳＰ）や、被加工材を点接合する摩擦点接合（ＦＳＪ）も行われ、これらと上記摩擦攪拌接合とを総称して摩擦攪拌加工と呼ばれる。
【０００３】
この摩擦攪拌加工では、ツールが被加工材との摩擦によって発生する熱により加工を行うので、ツールには被加工材よりも硬度、融点、耐摩耗性等の物性の高い材料が要求され、アルミ材等の低融点材料の被加工材の接合には、ＳＫＤ鋼等の工具鋼が主に使用されている。一方、鉄系高融点材料の被加工材を接合する場合には、セラミックス製や超鋼合金製のツールが使用されるが、セラミックス製のツールは破損しやすく、超鋼合金製のツールは短時間で摩耗、変形等しやすい。そのため、従来は、ツールを着脱自在とする工具ホルダを形成して工具ホルダを再利用可能とし、ツールのみを耐摩耗性材料で製作して交換することで摩擦攪拌接合に費やすコストを低減する技術（特許文献１）、また、ツールのプローブを別体とし、また、ツールのショルダー部とプローブとを別体とすることにより、プローブやショルダー部を交換可能にしてコストを抑える技術（特許文献２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１２６５７号公報
【特許文献２】特開２００８−３６６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、いずれの技術によっても、ツール等の取り外しや取り付け等の交換作業を頻繁に行う必要があり、その作業が煩雑であった。特に、鉄系高融点材料の被加工材を接合する場合には、超鋼合金製のツールを使用してもツールが短時間で摩耗、変形等しやすく、頻繁にツール交換をする必要があった。そのため、ツール交換作業により加工が長時間中断され、また、加工コスト高の原因となっていた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ツールが摩耗等しても、その摩耗等の前の形状に復元し再生することでツール交換頻度を少なくすることができる摩擦攪拌加工装置及び摩擦攪拌加工用ツールの再生方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る摩擦攪拌加工装置は、
金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したツールの先端部を砥石により研削するツール再生機構を備える。
本構成によれば、摩擦攪拌加工用のツールの先端部が摩耗、変形等又は、被加工材が付着しても、研削によりツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。従って、同じツールを再度使用することができるので、ツールの交換頻度を少なくすることができる。
【０００８】
前記ツール再生機構は、砥石を回転させてツールの先端部を研削する構成とするのが好ましい。
本構成によれば、回転する砥石により摩擦攪拌加工用のツールの先端部を研削して直ちに再生することができる。
【０００９】
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは先端に向かって細くなるように形成されているのが好ましい。
本構成によれば、プローブが加工時に被加工材に当たるときの衝撃や、プローブが加工時に被加工材に埋没した状態で移動されても折損しにくい。さらに、摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等したプローブを研削するための砥石も製造容易な簡単な形状とすることができる。
【００１０】
前記ツール再生機構の砥石は、円形状に形成されており、ツール先端部を研削する前記砥石の円周部には、ツール先端部の断面凸形状と略一致する断面凹形状の凹溝が全周に連続形成されるのが好ましい。
本構成によれば、回転する砥石の円周部にツール先端部を接触させて研削することにより、ツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に簡易且つ迅速に復元して再生することができる。
【００１１】
前記ツール再生機構は、ツールを回転させながら、砥石を回転させてツールの先端部を研削する構成とするのが好ましい。
本構成によれば、より短時間の研削でツールを摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元し再生することができる。
【００１２】
前記ツール再生機構は、冷風及び／又はミストの雰囲気下でツールを研削する構成とするのが好ましい。
本構成によれば、冷風及び／又はミストが介在することで研削面の粗さを小さくし、滑らかに且つ効率的にツールを研削することができる。
【００１３】
また、本発明に係る他の摩擦攪拌加工装置は、
金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したツールの先端部を工具により切削するツール再生機構を備える。
本構成によれば、摩擦攪拌加工用のツールの先端部が摩耗、変形又は、被加工材が付着等しても、切削によりツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。従って、同じツールを再度使用することができるので、ツールの交換頻度を少なくすることができる。
【００１４】
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは先端に向かって細くなるように形成されているものでもよい。
本構成によれば、プローブが加工時に被加工材に当たるときの衝撃や、プローブが加工時に被加工材に埋没した状態で移動されても折損しにくい。さらに、前記プローブが摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等しても、ツール再生機構として切削する工具によれば、前記プローブを容易に摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。
【００１５】
また、本発明に係る摩擦攪拌加工用ツールの再生方法は、
摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、砥石を回転させてツールの先端部を研削するものである。
本方法によれば、短時間で摩擦攪拌加工用ツールの先端部を研削でき、短時間でツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。
【００１６】
また、本発明に係る他の摩擦攪拌加工用ツールの再生方法は、
摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、ツールの先端部を工具により切削するものである。
本方法によれば、短時間で摩擦攪拌加工用ツールの先端部を切削でき、短時間でツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、摩擦攪拌加工用ツールの先端部が摩擦攪拌加工により摩耗、変形又は、被加工材が付着等しても、ツール先端部を研削又は切削により摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができるので、同一のツールを再度摩擦攪拌加工に使用することができる。従って、ツールの交換頻度を少なくすることができる。また、摩擦攪拌加工に伴うコストも低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態による摩擦攪拌加工装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態１として、摩擦攪拌加工装置に備えるツール再生機構としてのツール研削装置の部分を拡大した断面図である。
【図３】摩擦攪拌加工装置の加工機構に装着されるツールの一例を示す図であり、同図（ａ）はツールの斜視図であり、同図（ｂ）はその側面図である。
【図４】ワークの接合線が伸びる方向と砥石の回転方向が一致するようにツール研削装置を配設した例を示す模式図である。
【図５】ツールホルダー内にスペーサを配置してツールを保持した状態を示す断面図である。
【図６】ツール及び砥石の形状の他の例を示す断面図である。
【図７】実施形態２として、摩擦攪拌加工装置に備えるツール再生機構としてのツール切削装置の部分を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態として、２枚の平板を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌加工装置であってツール再生機構を備えたものを示す。
（摩擦攪拌加工装置）
図１に示すように、摩擦攪拌加工装置１は、ワークＷ１，Ｗ２を配置するための基台７上に、ワークＷ１，Ｗ２に対して摩擦攪拌加工を行う加工機構２と、加工機構２のツール
２０を再生させるツール再生機構として砥石５１を設けたツール研削装置５とを備えている。
【００２０】
基台７上には、裏当て冶具４の上に２枚の平板状のワークＷ１及びワークＷ２が配される。ワークＷ１及びワークＷ２は、裏当て冶具４に設けたワーク押さえ６によりワークＷ１及びワークＷ２を突き合せた接合線３１が裏当て冶具４の中央に位置するように固定されている。ワークＷ１，Ｗ２が鉄系合金等の高融点材料の場合にはセラミックス等が使用されることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
【００２１】
（加工機構）
加工機構２は、下端部にツールホルダー３を介して着脱自在に取り付けられたツール２０を備えている。ツール２０は、側面にＤカット面２４を有し、このＤカット面２４に固定ボルト８を当接させてツールホルダー３に着脱自在に固定されているが（図２参照）、これ以外の方法でツールホルダー３に着脱自在に取り付けられていてもよい。ツールホルダー３は、ツール回転用モータ２３と連結されており、このツール回転用モータ２３の駆動によりツールホルダー３とともにツール２０が回転される。
【００２２】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、ツール２０は円柱状に形成されており、先端部はワークＷ１，Ｗ２に当接させるショルダー２２と、このショルダー２２の先端面から突出しているプローブ２１とから形成されている。ショルダー２２の先端面は、ワークＷ１，Ｗ２の接合操作中に塑性流動化した接合材が外部に排出されないように通常は平面又は凹面状に形成されているが、これらには限定されない。
【００２３】
プローブ２１は、ショルダー２２面の略中央部であってツール２０の回転軸線上に突設されている。プローブ２１の形状は、ショルダー２２面から徐々に先端が細くなっている。このプローブ２１の形状は、半球状に形成されるが（図３（ａ）（ｂ）参照）、先細り状の円錐台形状等の種々の形状でもよい。このようにプローブ２１が上記先細り形状であれば、回転しながらワークＷ１，Ｗ２に当たるときの衝撃に対して強く、回転により摩擦しながらワークＷ１，Ｗ２の接合線３１上を移動させるときにも折損しにくく、また、ワーク接合操作によって減耗等したプローブ２１を研削する砥石５１の形状を、製造容易な簡単な形状にすることができる利点がある。なお、プローブ２１のショルダー２２からの突出高さは、プローブ２１が接合操作中に裏当て冶具４と接触しないように、通常はワークＷ１，Ｗ２の厚みより０．２ｍｍ程度短く形成されている。
【００２４】
ツール２０の材質としては、ワークＷ１，Ｗ２が鉄系合金等の高融点材料の場合には耐熱性及び耐摩耗性等の観点から超硬合金等が使用されるのが好ましい。ただし、これに限らず、セラミック製等の各種の材質のツール２０を使用してもよい。また、高温（例えば、
８００℃以上）で高い硬度（例えば、ビッカース硬度４００以上）を有する金属材料のツール２０を使用してもよい。
【００２５】
そして、加工機構２は、これを取り付けたスライダー８０を直動ガイド８１及び移動用モータ８２により基台７に平行に移動自在となっており、また、加工機構２は、昇降用モータ８４を配設する昇降機構８３により基台７に対して上下に移動自在となっている。
【００２６】
（ツール再生機構）
ツール再生機構としてのツール研削装置５は、裏当て冶具４に隣接して基台７上の一方側に配置されている。図２に示すように、ツール研削装置５には、変形等したツール２０の先端部を研削して元の形状に復元し再生するために、砥石支持板５２の外周部に砥石５１が設けられている。この砥石５１の外周の円周部は、ショルダー２２及びプローブ２１によるツール２０の先端部の断面凸型形状と略一致する断面凹型形状の凹溝５１ａが全周的に連続形成されている。なお、砥石５１としては、ツール２０の研削が円滑に行えるように好ましくはダイヤモンド砥石等が使用されるが、これに限定されるものではなく、例えば、ボラゾンのような立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等によるものでも良い。
【００２７】
砥石５１を配設する砥石支持板５２は、砥石取付ボルト５９により回転軸５８等を介して砥石回転用モータ５３に連結されている。そして、砥石回転用モータ５３により、ツール再生のためにツール２０の先端部を研削するときに砥石５１が回転される。
【００２８】
また、ツール研削装置５には、ツール２０の研削時に砥石５１周辺に冷風とともにミストを供給するミスト供給ノズル（図示せず）が設けられている。このように、ツール研削時に冷風及びミストを供給することで、研削面の粗さを小さくし、滑らかに且つ効率的にツール２０を研削することができる。なお、ツール２０の研削時にミストのみ供給するようにしてもよいし、また、冷風のみ供給するようにしてもよい。
【００２９】
砥石５１は、カバー５４により覆われており、このカバー５４には、ツール２０を配置させるツール挿入口５６が上面に設けられるとともに、研削クズ等を排出させる排出口５７が下面に設けられている。従って、このカバー５４により、ツール２０の研削時において、ツール２０及び砥石５１から発生する研削クズや、ミスト供給ノズルから供給されるミスト等が外部に飛散されることが防止される。また、研削時に発生した研削クズは、研削時に供給されたミストとともに下方の排出口５７から外部に排出される。また、砥石支持板５２に連結されている回転軸５８は、カバー５４との間に設けられたシール５５が外嵌されており、これにより、カバー５４内の研削クズやミスト等が回転軸５８側に進入しないようになっている。
【００３０】
以下に、上記構成を有する摩擦攪拌加工装置１によるワークＷ１，Ｗ２の接合操作、及びツール２０の再生操作を説明する。
（接合操作）
図１を参照して、ワークＷ１，Ｗ２を接合する際、回転用モータ２３により高速回転（例えば、５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ程度）させたツール２０を、裏当て冶具４上に固定されたワークＷ１及びワークＷ２の接合線３１の一端に押し付ける。そうすると、ツール２０先端部のプローブ２１が接合線３１に高速回転した状態で押し付けられ、発生する摩擦熱により接合線３１周辺のワークＷ１，Ｗ２が軟化する。ツール２０は、強い力で接合線３１に押し付けられているので、やがてツール２０先端のプローブ２１は軟化した接合線３１周辺のワークＷ１，Ｗ２内部に没入する。続いて、ツール２０は加圧及び回転を維持したまま接合線３１に沿って、ツール移動用モータ８２及び直動ガイド８１により他端に移動される。そして、ツール２０近傍のワークＷ１，Ｗ２は摩擦熱により連続的に塑性流動化し、ワークＷ１，Ｗ２の接合線３１付近が摩擦攪拌により接合される。
【００３１】
ところで、上記の接合操作より、ツール２０は、強い押圧力を受け且つ摩擦熱により急激な温度変化を繰り返すうちに先端部が摩耗、変形等したり、軟化した被加工材が付着したりする。鉄系の高融点金属のワークＷ１，Ｗ２に対して超硬合金製のツール２０を用いた場合でも、ワークＷ１，Ｗ２の接合操作時には、例えば、ツール２０とワークＷ１，Ｗ２の接触部の温度が約８００〜約１０００℃に達するため、高温での硬度不足によりツール２０の先端部が摩耗し、又は変形し、場合によっては欠損する。その結果、良好な接合が困難となり、製品の歩留まりが低下する。また、非加工材がツール２０の先端部に付着することによっても、良好な接合が困難となり、製品の歩留まりが低下する。
【００３２】
（再生操作）
そこで、本摩擦攪拌加工装置１では、接合操作の繰り返しによりツール２０の先端部が摩耗、変形又は、被加工材が付着等すると、ツール２０をツール再生機構としてのツール研削装置５により再生させる。
ツール２０の再生の際は、変形等したツール２０をツール研削装置５上部に移動させ、ツール２０をカバー５４上面のツール挿入口５６に挿入配置させてツール研削装置５の砥石５１に当接させる（図２参照）。このとき、ミスト供給ノズルよりツール２０の先端部と砥石５１が接触する接触部に向けて、冷風とともにミストが供給される。そして、この
状態でツール２０を回転させながら、ツール研削装置５の砥石５１を回転させてツール２０の先端部を研削する。砥石５１の円周部には、プローブ２１を含むツール２０の先端部の断面凸型形状と略一致する断面凹型形状の凹溝５１ａが全周的に連続形成されているので、この砥石５１による研削によって、ツール２０の先端部のプローブ２１及びショルダー２２は、ワーク接合操作により摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元され、再生される。
【００３３】
上記再生操作の際、砥石５１の周速は、ＣＢＮ（立法晶窒化硼素）やダイヤモンド砥石の場合は２５〜８０ｍ／ｓｅｃ程度に設定されるが、これらには限られない。これにより、ツール２０を回転させながら砥石５１を回転させて研削するに際して、ツール２０を欠損等させることなく円滑に研削することができる。なお、この再生時のツール２０の回転スピードは、砥石５１の種類や砥石５１の周速等を考慮して研削に最適な回転スピードが設定される。通常は、ツール２０の先端部形状が非対称にならないような比較的遅い回転スピードとされ、例えば、ツール２０の回転スピードは、１００ｒｐｍ前後程度に設定されるのが好ましいが、これに限定されない。また、ワークＷ１及びワークＷ２を突き合せた接合線３１と砥石５１の断面方向中央とを同一直線状に配設することにより、ツール２０を上下動させて接合線３１の方向に移動させるだけでツール研削装置５の砥石５１により研削できるので、容易にツール２０を再生することができる。
以上の操作により再生されたツール２０を使用して、再び上述の接合操作を良好に行うことができる。
【００３４】
また、図４に示すようにワークＷ１，Ｗ２の接合線３１が伸びる方向と砥石５１の回転方向が一致するようにツール研削装置５を基台７上に配設した場合には、ツール２０に前進角θを持たせた状態のままでも砥石５１により研削できるので、ツール２０の再生操作を容易にすることができる。なお、前記ツール２０の前進角θは、例えば、２〜５度の範囲で設定されるのが好ましいが、これに限定されない。
【００３５】
なお、ツール２０は研削により少し短くなるが、接合操作時のツール２０は制御手段（図示せず）によりツール２０の位置、又はツール２０からワークＷ１，Ｗ２への加圧力が一定に制御されてワークＷ１，Ｗ２に押し付けられるので、接合操作に支障をきたすことはない。そして、以上の再生を繰り返してツール２０の長さが接合操作不能になる程に短くなった場合、消耗したツール２０をツールホルダー３から取り外して新たなツール２０と交換される。なお、以上の再生を繰り返してツール２０の長さが短くなった場合、図５に示すように、ツールホルダー３においてツール２０の基端部２５にスペーサ３１を挿入してツール２０の先端部の位置を調整してもよい。
【００３６】
（実施形態２）
次に、本摩擦攪拌加工装置１において、ツール再生機構の他の実施形態について説明する。図７に示すように、実施形態２においては、先端部が変形等したツール２０をツール再生機構としてのツール切削装置８により再生させる。このツール切削装置８は、カバー５４内に切削工具６０が配設され、切削工具６０は、図示しない駆動手段によってＸ方向とＺ方向に移動自在となっている。カバー５４は、切削工具６０や切削工具６０の駆動手段等を収容可能に形成されるが、このカバー５４の構造は、基本的には、上記実施形態１と同様の構造を備える。
【００３７】
本実施形態２は、ワークＷ１，Ｗ２が鉄系合金等の高融点材料の場合において、特にツール２０が高温（例えば、８００℃以上）で高い硬度（例えば、ビッカース硬度４００以上）を有する金属で製作されている場合に好適であるが、これには限定されず、各種材質のツール２０の再生に使用することができる。
【００３８】
ツール２０の再生の際は、変形等したツール２０をツール切削装置８上部に移動させ、ツール２０をカバー５４上面のツール挿入口５６に挿入配置させた後に、切削工具６０をツール２０の先端部に当接させる（図７参照）。このとき、ツール２０の先端部と切削工具６０が接触する接触部に向けて切削水供給ノズル（図示せず）より切削水が供給されるが、冷却用空気のみを供給しても良い。そして、この状態でツール２０を回転させながら、ツール切削装置８の切削工具６０にツール２０の先端部を接触させて切削する。切削工具６０は、切削に際してＸ方向（ツール２０に対して半径方向）及びＺ方向（ツール２０に対して高さ方向）に、プローブ２１を含むツール２０の先端部が変形等する前の断面凸型形状と略一致するように移動する。このとき、切削工具６０は、数値制御により自動的に移動させるようにしてもよい。以上の操作により、ツール２０の先端部のプローブ２１及びショルダー２２は、ワーク接合操作により摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元され、再生される。
【００３９】
上記再生操作の際、ツール２０の回転スピードは、ツール２０の材質や切削工具６０の材質を考慮して切削に最適な回転スピードが設定される。例えば、ツール２０の回転スピードは、切削工具６０が超硬製工具の場合、例えば、切削工具６０との接触部分の速度が１０〜１５ｍ／ｍｉｎ程度に設定されるが、これに限定されない。これにより、ツール２０を回転させながら切削するに際して、ツール２０を欠損等させることなく円滑に切削することができる。
以上の操作により再生されたツール２０を使用して、再び上述の接合操作を良好に行うことができる。
【００４０】
以上説明した各実施形態１，２による摩擦攪拌加工装置１によれば、接合操作によりツール２０の先端部のプローブ２１及びショルダー２２が摩耗、変形又は、被加工材が付着等してもツール研削装置５又はツール切削装置８により再生されるので、その都度ツール２０を交換する必要が無く、ツール２０の交換頻度を大幅に少なくすることができる。また、ツール２０の交換に要するトータル時間が短縮され効率的に接合操作を行うことができる。摩擦攪拌加工に伴うコストも低く抑えることができる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されず、本発明の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
例えば、本発明に係る摩擦攪拌加工装置においては、あらかじめ設定した所定回数の接合操作を行った後に、自動的にツール２０をツール研削装置５又はツール切削装置８に移動させて再生するようにしてもよい。また、ツール２０を画像センサにより監視し、ツール２０の形状に変形等が観察された場合に自動的にツール研削装置５又はツール切削装置８に移動させて再生するようにしてもよい。
【００４２】
また、マシニングセンターの自動ツール交換システムのようにツール２０を複数備え、ツール研削装置５又はツール切削装置８によりツール２０を再生している間は、他のツール２０を備える加工機構２によりワーク接合操作を行えるようにしてもよい。この場合には、さらにツール２０の交換に要する時間が短縮され効率的に接合操作を行うことができる。
【００４３】
また、ツール２０の先端部のショルダー２２は平坦な形状に限定されるものではなく、摩擦攪拌接合でよく使用されるような凹形状でも良い。この場合には、図６に示されるように、ツール研削装置５（図２参照）における砥石５１の円周部の断面形状は、ツール２０の先端部の断面形状に対応して、ショルダー２２に対応する部分は凸形状とされ、プローブ２１に対応する部分は凹形状とされ、また、ツール２０を回転させながら研削するので、砥石５１の直径も凹形状のショルダー２２が形成される外径に設定される。なお、ツール切削装置８（図７参照）では、ツール２０の先端部形状に沿って切削工具６０を移動させながら切削するようにすればよい。
【００４４】
また、ワークＷ１，Ｗ２としてアルミニウム合金等の低融点材料の接合にツール２０としてＳＫＤ鋼等のダイス鋼製のものがよく使用されるが、繰り返しワーク接合操作を行うと、このツール２０が摩耗、変形又は、被加工材が付着等する場合がある。このような場合についても上述のツール研削装置５によりツール２０の再生を行うことができる。この場合、ツール研削装置５の砥石５１には、普通砥石が使用されるのが好ましいが、これに限らない。また、普通砥石による再生時では、砥石５１の周速は２０〜４０ｍ／ｓｅｃ程度に設定されるのが好ましいが、これに限らない。なお、このようなアルミニウム合金等の低融点材料の接合の場合には、裏当て冶具４として鉄系材料が使用されることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１ 摩擦攪拌加工装置
２ 加工機構
３ ツールホルダー
５ ツール研削装置（ツール再生機構）
８ ツール切削装置（ツール再生機構）
２０ ツール
２１ プローブ
２２ ショルダー
５１ 砥石
５１ａ 凹溝
６０ 切削工具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌加工用ツールの再生機構を備えた摩擦攪拌加工装置及び摩擦攪拌加工用ツールの再生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属材料の接合方法として、ＳＫＤ鋼等のダイス鋼や超硬合金又はセラミックス等からなるツールを高速回転させて被加工材に押し付け、その摩擦熱により被加工材を軟化させて攪拌接合する摩擦攪拌接合（ＦＳＷ）が行われている。また、上記ツールを用いて、被加工材表面の強度及び硬度等を向上させる摩擦攪拌改質（ＦＳＰ）や、被加工材を点接合する摩擦点接合（ＦＳＪ）も行われ、これらと上記摩擦攪拌接合とを総称して摩擦攪拌加工と呼ばれる。
【０００３】
この摩擦攪拌加工では、ツールが被加工材との摩擦によって発生する熱により加工を行うので、ツールには被加工材よりも硬度、融点、耐摩耗性等の物性の高い材料が要求され、アルミ材等の低融点材料の被加工材の接合には、ＳＫＤ鋼等の工具鋼が主に使用されている。一方、鉄系高融点材料の被加工材を接合する場合には、セラミックス製や超鋼合金製のツールが使用されるが、セラミックス製のツールは破損しやすく、超鋼合金製のツールは短時間で摩耗、変形等しやすい。そのため、従来は、ツールを着脱自在とする工具ホルダを形成して工具ホルダを再利用可能とし、ツールのみを耐摩耗性材料で製作して交換することで摩擦攪拌接合に費やすコストを低減する技術（特許文献１）、また、ツールのプローブを別体とし、また、ツールのショルダー部とプローブとを別体とすることにより、プローブやショルダー部を交換可能にしてコストを抑える技術（特許文献２）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１２６５７号公報
【特許文献２】特開２００８−３６６６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、いずれの技術によっても、ツール等の取り外しや取り付け等の交換作業を頻繁に行う必要があり、その作業が煩雑であった。特に、鉄系高融点材料の被加工材を接合する場合には、超鋼合金製のツールを使用してもツールが短時間で摩耗、変形等しやすく、頻繁にツール交換をする必要があった。そのため、ツール交換作業により加工が長時間中断され、また、加工コスト高の原因となっていた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ツールが摩耗等しても、その摩耗等の前の形状に復元し再生することでツール交換頻度を少なくすることができる摩擦攪拌加工装置及び摩擦攪拌加工用ツールの再生方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る摩擦攪拌加工装置は、
金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したツールの先端部を砥石により研削するツール再生機構を備える。
本構成によれば、摩擦攪拌加工用のツールの先端部が摩耗、変形等又は、被加工材が付着しても、研削によりツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。従って、同じツールを再度使用することができるので、ツールの交換頻度を少なくすることができる。
【０００８】
前記ツール再生機構は、砥石を回転させてツールの先端部を研削する構成とするのが好ましい。
本構成によれば、回転する砥石により摩擦攪拌加工用のツールの先端部を研削して直ちに再生することができる。
【０００９】
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは先端に向かって細くなるように形成されているのが好ましい。
本構成によれば、プローブが加工時に被加工材に当たるときの衝撃や、プローブが加工時に被加工材に埋没した状態で移動されても折損しにくい。さらに、摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等したプローブを研削するための砥石も製造容易な簡単な形状とすることができる。
【００１０】
前記ツール再生機構の砥石は、円形状に形成されており、ツール先端部を研削する前記砥石の円周部には、ツール先端部の断面凸形状と略一致する断面凹形状の凹溝が全周に連続形成されるのが好ましい。
本構成によれば、回転する砥石の円周部にツール先端部を接触させて研削することにより、ツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に簡易且つ迅速に復元して再生することができる。
【００１１】
前記ツール再生機構は、ツールを回転させながら、砥石を回転させてツールの先端部を研削する構成とするのが好ましい。
本構成によれば、より短時間の研削でツールを摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元し再生することができる。
【００１２】
前記ツール再生機構は、冷風及び／又はミストの雰囲気下でツールを研削する構成とするのが好ましい。
本構成によれば、冷風及び／又はミストが介在することで研削面の粗さを小さくし、滑らかに且つ効率的にツールを研削することができる。
【００１３】
また、本発明に係る他の摩擦攪拌加工装置は、
金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したツールの先端部を工具により切削するツール再生機構を備える。
本構成によれば、摩擦攪拌加工用のツールの先端部が摩耗、変形又は、被加工材が付着等しても、切削によりツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。従って、同じツールを再度使用することができるので、ツールの交換頻度を少なくすることができる。
【００１４】
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは先端に向かって細くなるように形成されているものでもよい。
本構成によれば、プローブが加工時に被加工材に当たるときの衝撃や、プローブが加工時に被加工材に埋没した状態で移動されても折損しにくい。さらに、前記プローブが摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等しても、ツール再生機構として切削する工具によれば、前記プローブを容易に摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。
【００１５】
また、本発明に係る摩擦攪拌加工用ツールの再生方法は、
摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、砥石を回転させてツールの先端部を研削するものである。
本方法によれば、短時間で摩擦攪拌加工用ツールの先端部を研削でき、短時間でツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。
【００１６】
また、本発明に係る他の摩擦攪拌加工用ツールの再生方法は、
摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、ツールの先端部を工具により切削するものである。
本方法によれば、短時間で摩擦攪拌加工用ツールの先端部を切削でき、短時間でツール先端部を摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、摩擦攪拌加工用ツールの先端部が摩擦攪拌加工により摩耗、変形又は、被加工材が付着等しても、ツール先端部を研削又は切削により摩擦攪拌加工によって摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元して再生することができるので、同一のツールを再度摩擦攪拌加工に使用することができる。従って、ツールの交換頻度を少なくすることができる。また、摩擦攪拌加工に伴うコストも低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態による摩擦攪拌加工装置の全体構成を示す斜視図である。
【図２】実施形態１として、摩擦攪拌加工装置に備えるツール再生機構としてのツール研削装置の部分を拡大した断面図である。
【図３】摩擦攪拌加工装置の加工機構に装着されるツールの一例を示す図であり、同図（ａ）はツールの斜視図であり、同図（ｂ）はその側面図である。
【図４】ワークの接合線が伸びる方向と砥石の回転方向が一致するようにツール研削装置を配設した例を示す模式図である。
【図５】ツールホルダー内にスペーサを配置してツールを保持した状態を示す断面図である。
【図６】ツール及び砥石の形状の他の例を示す断面図である。
【図７】実施形態２として、摩擦攪拌加工装置に備えるツール再生機構としてのツール切削装置の部分を拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（実施形態１）
以下に、本発明の一実施形態として、２枚の平板を摩擦攪拌接合する摩擦攪拌加工装置であってツール再生機構を備えたものを示す。
（摩擦攪拌加工装置）
図１に示すように、摩擦攪拌加工装置１は、ワークＷ１，Ｗ２を配置するための基台７上に、ワークＷ１，Ｗ２に対して摩擦攪拌加工を行う加工機構２と、加工機構２のツール
２０を再生させるツール再生機構として砥石５１を設けたツール研削装置５とを備えている。
【００２０】
基台７上には、裏当て冶具４の上に２枚の平板状のワークＷ１及びワークＷ２が配される。ワークＷ１及びワークＷ２は、裏当て冶具４に設けたワーク押さえ６によりワークＷ１及びワークＷ２を突き合せた接合線３１が裏当て冶具４の中央に位置するように固定されている。ワークＷ１，Ｗ２が鉄系合金等の高融点材料の場合にはセラミックス等が使用されることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
【００２１】
（加工機構）
加工機構２は、下端部にツールホルダー３を介して着脱自在に取り付けられたツール２０を備えている。ツール２０は、側面にＤカット面２４を有し、このＤカット面２４に固定ボルト８を当接させてツールホルダー３に着脱自在に固定されているが（図２参照）、これ以外の方法でツールホルダー３に着脱自在に取り付けられていてもよい。ツールホルダー３は、ツール回転用モータ２３と連結されており、このツール回転用モータ２３の駆動によりツールホルダー３とともにツール２０が回転される。
【００２２】
図３（ａ）（ｂ）に示すように、ツール２０は円柱状に形成されており、先端部はワークＷ１，Ｗ２に当接させるショルダー２２と、このショルダー２２の先端面から突出しているプローブ２１とから形成されている。ショルダー２２の先端面は、ワークＷ１，Ｗ２の接合操作中に塑性流動化した接合材が外部に排出されないように通常は平面又は凹面状に形成されているが、これらには限定されない。
【００２３】
プローブ２１は、ショルダー２２面の略中央部であってツール２０の回転軸線上に突設されている。プローブ２１の形状は、ショルダー２２面から徐々に先端が細くなっている。このプローブ２１の形状は、半球状に形成されるが（図３（ａ）（ｂ）参照）、先細り状の円錐台形状等の種々の形状でもよい。このようにプローブ２１が上記先細り形状であれば、回転しながらワークＷ１，Ｗ２に当たるときの衝撃に対して強く、回転により摩擦しながらワークＷ１，Ｗ２の接合線３１上を移動させるときにも折損しにくく、また、ワーク接合操作によって減耗等したプローブ２１を研削する砥石５１の形状を、製造容易な簡単な形状にすることができる利点がある。なお、プローブ２１のショルダー２２からの突出高さは、プローブ２１が接合操作中に裏当て冶具４と接触しないように、通常はワークＷ１，Ｗ２の厚みより０．２ｍｍ程度短く形成されている。
【００２４】
ツール２０の材質としては、ワークＷ１，Ｗ２が鉄系合金等の高融点材料の場合には耐熱性及び耐摩耗性等の観点から超硬合金等が使用されるのが好ましい。ただし、これに限らず、セラミック製等の各種の材質のツール２０を使用してもよい。また、高温（例えば、
８００℃以上）で高い硬度（例えば、ビッカース硬度４００以上）を有する金属材料のツール２０を使用してもよい。
【００２５】
そして、加工機構２は、これを取り付けたスライダー８０を直動ガイド８１及び移動用モータ８２により基台７に平行に移動自在となっており、また、加工機構２は、昇降用モータ８４を配設する昇降機構８３により基台７に対して上下に移動自在となっている。
【００２６】
（ツール再生機構）
ツール再生機構としてのツール研削装置５は、裏当て冶具４に隣接して基台７上の一方側に配置されている。図２に示すように、ツール研削装置５には、変形等したツール２０の先端部を研削して元の形状に復元し再生するために、砥石支持板５２の外周部に砥石５１が設けられている。この砥石５１の外周の円周部は、ショルダー２２及びプローブ２１によるツール２０の先端部の断面凸型形状と略一致する断面凹型形状の凹溝５１ａが全周的に連続形成されている。なお、砥石５１としては、ツール２０の研削が円滑に行えるように好ましくはダイヤモンド砥石等が使用されるが、これに限定されるものではなく、例えば、ボラゾンのような立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）等によるものでも良い。
【００２７】
砥石５１を配設する砥石支持板５２は、砥石取付ボルト５９により回転軸５８等を介して砥石回転用モータ５３に連結されている。そして、砥石回転用モータ５３により、ツール再生のためにツール２０の先端部を研削するときに砥石５１が回転される。
【００２８】
また、ツール研削装置５には、ツール２０の研削時に砥石５１周辺に冷風とともにミストを供給するミスト供給ノズル（図示せず）が設けられている。このように、ツール研削時に冷風及びミストを供給することで、研削面の粗さを小さくし、滑らかに且つ効率的にツール２０を研削することができる。なお、ツール２０の研削時にミストのみ供給するようにしてもよいし、また、冷風のみ供給するようにしてもよい。
【００２９】
砥石５１は、カバー５４により覆われており、このカバー５４には、ツール２０を配置させるツール挿入口５６が上面に設けられるとともに、研削クズ等を排出させる排出口５７が下面に設けられている。従って、このカバー５４により、ツール２０の研削時において、ツール２０及び砥石５１から発生する研削クズや、ミスト供給ノズルから供給されるミスト等が外部に飛散されることが防止される。また、研削時に発生した研削クズは、研削時に供給されたミストとともに下方の排出口５７から外部に排出される。また、砥石支持板５２に連結されている回転軸５８は、カバー５４との間に設けられたシール５５が外嵌されており、これにより、カバー５４内の研削クズやミスト等が回転軸５８側に進入しないようになっている。
【００３０】
以下に、上記構成を有する摩擦攪拌加工装置１によるワークＷ１，Ｗ２の接合操作、及びツール２０の再生操作を説明する。
（接合操作）
図１を参照して、ワークＷ１，Ｗ２を接合する際、回転用モータ２３により高速回転（例えば、５００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ程度）させたツール２０を、裏当て冶具４上に固定されたワークＷ１及びワークＷ２の接合線３１の一端に押し付ける。そうすると、ツール２０先端部のプローブ２１が接合線３１に高速回転した状態で押し付けられ、発生する摩擦熱により接合線３１周辺のワークＷ１，Ｗ２が軟化する。ツール２０は、強い力で接合線３１に押し付けられているので、やがてツール２０先端のプローブ２１は軟化した接合線３１周辺のワークＷ１，Ｗ２内部に没入する。続いて、ツール２０は加圧及び回転を維持したまま接合線３１に沿って、ツール移動用モータ８２及び直動ガイド８１により他端に移動される。そして、ツール２０近傍のワークＷ１，Ｗ２は摩擦熱により連続的に塑性流動化し、ワークＷ１，Ｗ２の接合線３１付近が摩擦攪拌により接合される。
【００３１】
ところで、上記の接合操作より、ツール２０は、強い押圧力を受け且つ摩擦熱により急激な温度変化を繰り返すうちに先端部が摩耗、変形等したり、軟化した被加工材が付着したりする。鉄系の高融点金属のワークＷ１，Ｗ２に対して超硬合金製のツール２０を用いた場合でも、ワークＷ１，Ｗ２の接合操作時には、例えば、ツール２０とワークＷ１，Ｗ２の接触部の温度が約８００〜約１０００℃に達するため、高温での硬度不足によりツール２０の先端部が摩耗し、又は変形し、場合によっては欠損する。その結果、良好な接合が困難となり、製品の歩留まりが低下する。また、非加工材がツール２０の先端部に付着することによっても、良好な接合が困難となり、製品の歩留まりが低下する。
【００３２】
（再生操作）
そこで、本摩擦攪拌加工装置１では、接合操作の繰り返しによりツール２０の先端部が摩耗、変形又は、被加工材が付着等すると、ツール２０をツール再生機構としてのツール研削装置５により再生させる。
ツール２０の再生の際は、変形等したツール２０をツール研削装置５上部に移動させ、ツール２０をカバー５４上面のツール挿入口５６に挿入配置させてツール研削装置５の砥石５１に当接させる（図２参照）。このとき、ミスト供給ノズルよりツール２０の先端部と砥石５１が接触する接触部に向けて、冷風とともにミストが供給される。そして、この
状態でツール２０を回転させながら、ツール研削装置５の砥石５１を回転させてツール２０の先端部を研削する。砥石５１の円周部には、プローブ２１を含むツール２０の先端部の断面凸型形状と略一致する断面凹型形状の凹溝５１ａが全周的に連続形成されているので、この砥石５１による研削によって、ツール２０の先端部のプローブ２１及びショルダー２２は、ワーク接合操作により摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元され、再生される。
【００３３】
上記再生操作の際、砥石５１の周速は、ＣＢＮ（立法晶窒化硼素）やダイヤモンド砥石の場合は２５〜８０ｍ／ｓｅｃ程度に設定されるが、これらには限られない。これにより、ツール２０を回転させながら砥石５１を回転させて研削するに際して、ツール２０を欠損等させることなく円滑に研削することができる。なお、この再生時のツール２０の回転スピードは、砥石５１の種類や砥石５１の周速等を考慮して研削に最適な回転スピードが設定される。通常は、ツール２０の先端部形状が非対称にならないような比較的遅い回転スピードとされ、例えば、ツール２０の回転スピードは、１００ｒｐｍ前後程度に設定されるのが好ましいが、これに限定されない。また、ワークＷ１及びワークＷ２を突き合せた接合線３１と砥石５１の断面方向中央とを同一直線状に配設することにより、ツール２０を上下動させて接合線３１の方向に移動させるだけでツール研削装置５の砥石５１により研削できるので、容易にツール２０を再生することができる。
以上の操作により再生されたツール２０を使用して、再び上述の接合操作を良好に行うことができる。
【００３４】
また、図４に示すようにワークＷ１，Ｗ２の接合線３１が伸びる方向と砥石５１の回転方向が一致するようにツール研削装置５を基台７上に配設した場合には、ツール２０に前進角θを持たせた状態のままでも砥石５１により研削できるので、ツール２０の再生操作を容易にすることができる。なお、前記ツール２０の前進角θは、例えば、２〜５度の範囲で設定されるのが好ましいが、これに限定されない。
【００３５】
なお、ツール２０は研削により少し短くなるが、接合操作時のツール２０は制御手段（図示せず）によりツール２０の位置、又はツール２０からワークＷ１，Ｗ２への加圧力が一定に制御されてワークＷ１，Ｗ２に押し付けられるので、接合操作に支障をきたすことはない。そして、以上の再生を繰り返してツール２０の長さが接合操作不能になる程に短くなった場合、消耗したツール２０をツールホルダー３から取り外して新たなツール２０と交換される。なお、以上の再生を繰り返してツール２０の長さが短くなった場合、図５に示すように、ツールホルダー３においてツール２０の基端部２５にスペーサ３１を挿入してツール２０の先端部の位置を調整してもよい。
【００３６】
（実施形態２）
次に、本摩擦攪拌加工装置１において、ツール再生機構の他の実施形態について説明する。図７に示すように、実施形態２においては、先端部が変形等したツール２０をツール再生機構としてのツール切削装置８により再生させる。このツール切削装置８は、カバー５４内に切削工具６０が配設され、切削工具６０は、図示しない駆動手段によってＸ方向とＺ方向に移動自在となっている。カバー５４は、切削工具６０や切削工具６０の駆動手段等を収容可能に形成されるが、このカバー５４の構造は、基本的には、上記実施形態１と同様の構造を備える。
【００３７】
本実施形態２は、ワークＷ１，Ｗ２が鉄系合金等の高融点材料の場合において、特にツール２０が高温（例えば、８００℃以上）で高い硬度（例えば、ビッカース硬度４００以上）を有する金属で製作されている場合に好適であるが、これには限定されず、各種材質のツール２０の再生に使用することができる。
【００３８】
ツール２０の再生の際は、変形等したツール２０をツール切削装置８上部に移動させ、ツール２０をカバー５４上面のツール挿入口５６に挿入配置させた後に、切削工具６０をツール２０の先端部に当接させる（図７参照）。このとき、ツール２０の先端部と切削工具６０が接触する接触部に向けて切削水供給ノズル（図示せず）より切削水が供給されるが、冷却用空気のみを供給しても良い。そして、この状態でツール２０を回転させながら、ツール切削装置８の切削工具６０にツール２０の先端部を接触させて切削する。切削工具６０は、切削に際してＸ方向（ツール２０に対して半径方向）及びＺ方向（ツール２０に対して高さ方向）に、プローブ２１を含むツール２０の先端部が変形等する前の断面凸型形状と略一致するように移動する。このとき、切削工具６０は、数値制御により自動的に移動させるようにしてもよい。以上の操作により、ツール２０の先端部のプローブ２１及びショルダー２２は、ワーク接合操作により摩耗、変形又は、被加工材が付着等する前の形状に復元され、再生される。
【００３９】
上記再生操作の際、ツール２０の回転スピードは、ツール２０の材質や切削工具６０の材質を考慮して切削に最適な回転スピードが設定される。例えば、ツール２０の回転スピードは、切削工具６０が超硬製工具の場合、例えば、切削工具６０との接触部分の速度が１０〜１５ｍ／ｍｉｎ程度に設定されるが、これに限定されない。これにより、ツール２０を回転させながら切削するに際して、ツール２０を欠損等させることなく円滑に切削することができる。
以上の操作により再生されたツール２０を使用して、再び上述の接合操作を良好に行うことができる。
【００４０】
以上説明した各実施形態１，２による摩擦攪拌加工装置１によれば、接合操作によりツール２０の先端部のプローブ２１及びショルダー２２が摩耗、変形又は、被加工材が付着等してもツール研削装置５又はツール切削装置８により再生されるので、その都度ツール２０を交換する必要が無く、ツール２０の交換頻度を大幅に少なくすることができる。また、ツール２０の交換に要するトータル時間が短縮され効率的に接合操作を行うことができる。摩擦攪拌加工に伴うコストも低く抑えることができる。
【００４１】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されず、本発明の範囲で種々の変更を施すことが可能である。
例えば、本発明に係る摩擦攪拌加工装置においては、あらかじめ設定した所定回数の接合操作を行った後に、自動的にツール２０をツール研削装置５又はツール切削装置８に移動させて再生するようにしてもよい。また、ツール２０を画像センサにより監視し、ツール２０の形状に変形等が観察された場合に自動的にツール研削装置５又はツール切削装置８に移動させて再生するようにしてもよい。
【００４２】
また、マシニングセンターの自動ツール交換システムのようにツール２０を複数備え、ツール研削装置５又はツール切削装置８によりツール２０を再生している間は、他のツール２０を備える加工機構２によりワーク接合操作を行えるようにしてもよい。この場合には、さらにツール２０の交換に要する時間が短縮され効率的に接合操作を行うことができる。
【００４３】
また、ツール２０の先端部のショルダー２２は平坦な形状に限定されるものではなく、摩擦攪拌接合でよく使用されるような凹形状でも良い。この場合には、図６に示されるように、ツール研削装置５（図２参照）における砥石５１の円周部の断面形状は、ツール２０の先端部の断面形状に対応して、ショルダー２２に対応する部分は凸形状とされ、プローブ２１に対応する部分は凹形状とされ、また、ツール２０を回転させながら研削するので、砥石５１の直径も凹形状のショルダー２２が形成される外径に設定される。なお、ツール切削装置８（図７参照）では、ツール２０の先端部形状に沿って切削工具６０を移動させながら切削するようにすればよい。
【００４４】
また、ワークＷ１，Ｗ２としてアルミニウム合金等の低融点材料の接合にツール２０としてＳＫＤ鋼等のダイス鋼製のものがよく使用されるが、繰り返しワーク接合操作を行うと、このツール２０が摩耗、変形又は、被加工材が付着等する場合がある。このような場合についても上述のツール研削装置５によりツール２０の再生を行うことができる。この場合、ツール研削装置５の砥石５１には、普通砥石が使用されるのが好ましいが、これに限らない。また、普通砥石による再生時では、砥石５１の周速は２０〜４０ｍ／ｓｅｃ程度に設定されるのが好ましいが、これに限らない。なお、このようなアルミニウム合金等の低融点材料の接合の場合には、裏当て冶具４として鉄系材料が使用されることが好ましいが、これらに限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４５】
１ 摩擦攪拌加工装置
２ 加工機構
３ ツールホルダー
５ ツール研削装置（ツール再生機構）
８ ツール切削装置（ツール再生機構）
２０ ツール
２１ プローブ
２２ ショルダー
５１ 砥石
５１ａ 凹溝
６０ 切削工具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したツールの先端部を砥石により研削するツール再生機構を備える摩擦攪拌加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツール再生機構は、砥石を回転させてツールの先端部を研削する構成とする摩擦攪拌加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは先端に向かって細くなるように形成されている摩擦攪拌加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツール再生機構の砥石は、円形状に形成されており、ツール先端部を研削する前記砥石の円周部には、ツール先端部の断面凸形状と略一致する断面凹形状の凹溝が全周に連続形成されている摩擦攪拌加工装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツール再生機構は、ツールを回転させながら、砥石を回転させてツールの先端部を研削する構成とする摩擦攪拌加工装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツール再生機構は、冷風及び／又はミストの雰囲気下でツールを研削する構成とする摩擦攪拌加工装置。
【請求項７】
金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したツールの先端部を工具により切削するツール再生機構を備える摩擦攪拌加工装置。
【請求項８】
請求項７に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは先端に向かって細くなるように形成されている摩擦攪拌加工装置。
【請求項９】
摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、砥石を回転させてツールの先端部を研削する摩擦攪拌加工用ツールの再生方法。
【請求項１０】
摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、ツールの先端部を工具により切削する摩擦攪拌加工用ツールの再生方法。
【請求項１】
金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したツールの先端部を砥石により研削するツール再生機構を備える摩擦攪拌加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツール再生機構は、砥石を回転させてツールの先端部を研削する構成とする摩擦攪拌加工装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは先端に向かって細くなるように形成されている摩擦攪拌加工装置。
【請求項４】
請求項３に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツール再生機構の砥石は、円形状に形成されており、ツール先端部を研削する前記砥石の円周部には、ツール先端部の断面凸形状と略一致する断面凹形状の凹溝が全周に連続形成されている摩擦攪拌加工装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツール再生機構は、ツールを回転させながら、砥石を回転させてツールの先端部を研削する構成とする摩擦攪拌加工装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツール再生機構は、冷風及び／又はミストの雰囲気下でツールを研削する構成とする摩擦攪拌加工装置。
【請求項７】
金属材料の被加工材に対して回転させながら先端部を押し付けて摩擦攪拌加工を行うツールを備えた摩擦攪拌加工装置であって、
摩擦攪拌加工により摩耗等したツールの先端部を工具により切削するツール再生機構を備える摩擦攪拌加工装置。
【請求項８】
請求項７に記載の摩擦攪拌加工装置において、
前記ツールは、先端中央にプローブを突出形成し、前記プローブは先端に向かって細くなるように形成されている摩擦攪拌加工装置。
【請求項９】
摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、砥石を回転させてツールの先端部を研削する摩擦攪拌加工用ツールの再生方法。
【請求項１０】
摩擦攪拌加工により摩耗等した摩擦攪拌加工用ツールの再生方法であって、
前記ツールを回転させながら、ツールの先端部を工具により切削する摩擦攪拌加工用ツールの再生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−５２０３９（Ｐ２０１０−５２０３９Ａ）
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−６７０５８（Ｐ２００９−６７０５８）
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（０００１００８３８）アイセル株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年３月１１日（２０１０．３．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年３月１８日（２００９．３．１８）
【出願人】（０００１００８３８）アイセル株式会社 (62)
【Ｆターム（参考）】
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