JP2000135577A - 摩擦接合装置 - Google Patents
摩擦接合装置Info
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
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- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/123—Controlling or monitoring the welding process
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高品質な接合を高能率に行うことが可能な摩
擦接合装置と摩擦接合方法とを提供する。 【解決手段】 接合ツールＴを被接合部材Ｐに対して押
圧、接触させるように付勢する付勢手段３４と、付勢力
が略一定になるように制御する付勢力制御手段３６とを
設けた。上記付勢手段３４はエアシリンダ等であり、上
記付勢力制御手段３６はエアシリンダ等に供給する圧力
を制御する２次圧一定形の減圧弁である。
擦接合装置と摩擦接合方法とを提供する。 【解決手段】 接合ツールＴを被接合部材Ｐに対して押
圧、接触させるように付勢する付勢手段３４と、付勢力
が略一定になるように制御する付勢力制御手段３６とを
設けた。上記付勢手段３４はエアシリンダ等であり、上
記付勢力制御手段３６はエアシリンダ等に供給する圧力
を制御する２次圧一定形の減圧弁である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は摩擦接合装置及び
摩擦接合方法に関するものであって、特に接合ツールの
回転による摩擦熱を利用した摩擦接合装置と摩擦接合方
法とに係るものである。
摩擦接合方法に関するものであって、特に接合ツールの
回転による摩擦熱を利用した摩擦接合装置と摩擦接合方
法とに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】接合ツールの回転による摩擦熱を利用し
た摩擦接合方法は、例えば第２７１２８３８号特許公報
にも記載されているように公知である。この摩擦接合方
法は、図６に示すように、ツール本体１の先端部にそれ
よりも径小なピン２を設け、上記ツール本体１の先端面
における上記ピン２の取付部の周辺をショルダ３として
構成した接合ツールＴを用いる。そしてアルミニウム合
金等の被接合部材Ｐの接合部に上記ピン２を回転させな
がら挿入すると共に、上記ショルダ３を上記接合部表面
に接触させながら上記被接合部材Ｐと上記接合ツールＴ
とを相対移動させる。このとき上記接合ツールＴは、図
６及び図７に示すように、被接合部材Ｔの表面に垂直な
軸芯に対し、その先端側が接合進行方向の前方へと所定
角度αだけ傾斜した状態に配置し、上記ショルダ３が接
合進行方向の後方側の接合部表面に接触するようにして
おく必要がある。そして上記接合ツールＴの回転によっ
て摩擦熱が生じるが、この摩擦熱によって上記接合部及
びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑性流動を
生ぜしめ、被接合部材Ｐの母材組織を攪拌し、冷却後に
母材組織を一体化させることにより接合を行うのであ
る。
た摩擦接合方法は、例えば第２７１２８３８号特許公報
にも記載されているように公知である。この摩擦接合方
法は、図６に示すように、ツール本体１の先端部にそれ
よりも径小なピン２を設け、上記ツール本体１の先端面
における上記ピン２の取付部の周辺をショルダ３として
構成した接合ツールＴを用いる。そしてアルミニウム合
金等の被接合部材Ｐの接合部に上記ピン２を回転させな
がら挿入すると共に、上記ショルダ３を上記接合部表面
に接触させながら上記被接合部材Ｐと上記接合ツールＴ
とを相対移動させる。このとき上記接合ツールＴは、図
６及び図７に示すように、被接合部材Ｔの表面に垂直な
軸芯に対し、その先端側が接合進行方向の前方へと所定
角度αだけ傾斜した状態に配置し、上記ショルダ３が接
合進行方向の後方側の接合部表面に接触するようにして
おく必要がある。そして上記接合ツールＴの回転によっ
て摩擦熱が生じるが、この摩擦熱によって上記接合部及
びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑性流動を
生ぜしめ、被接合部材Ｐの母材組織を攪拌し、冷却後に
母材組織を一体化させることにより接合を行うのであ
る。
【０００３】図３には、上記のような摩擦接合方法を実
施するための摩擦接合装置の全体の概略構成を示してい
るが、同図において、上記同様にＴは接合ツール、Ｐは
被接合部材であり、この被接合部材Ｐは定盤４上に載置
されている。また１０は自走式の門型フレームであり、
この門型フレーム１０に上記接合ツールＴが取付けられ
ている。１１は制御装置であり、この制御装置１１によ
って上記接合ツールＴを図中Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に駆
動制御することにより接合作業を行うようにしているの
である。
施するための摩擦接合装置の全体の概略構成を示してい
るが、同図において、上記同様にＴは接合ツール、Ｐは
被接合部材であり、この被接合部材Ｐは定盤４上に載置
されている。また１０は自走式の門型フレームであり、
この門型フレーム１０に上記接合ツールＴが取付けられ
ている。１１は制御装置であり、この制御装置１１によ
って上記接合ツールＴを図中Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に駆
動制御することにより接合作業を行うようにしているの
である。
【０００４】上記摩擦接合方法において、接合品質の良
否を決定する因子の一つとして被接合部材Ｐと接合ツー
ルＴの位置関係がある。この位置関係とは、図６に示す
ように、接合ツールＴのピン２の先端と被接合部材Ｐ
の裏面との間隔L1、及び接合ツールＴのショルダ３と
被接合部材Ｐの表面との位置関係L2であり、これらはい
ずれも０．１ｍｍ単位の精度で制御する必要がある。そ
のため従来は、被接合部材Ｐを、定盤４上にセットし、
接合ツールＴの駆動装置に対し、定盤面をティーチング
し、接合ツールＴが定盤面から常に一定距離になるよう
に制御しながら接合ツールＴを移動して接合を行ってい
る。
否を決定する因子の一つとして被接合部材Ｐと接合ツー
ルＴの位置関係がある。この位置関係とは、図６に示す
ように、接合ツールＴのピン２の先端と被接合部材Ｐ
の裏面との間隔L1、及び接合ツールＴのショルダ３と
被接合部材Ｐの表面との位置関係L2であり、これらはい
ずれも０．１ｍｍ単位の精度で制御する必要がある。そ
のため従来は、被接合部材Ｐを、定盤４上にセットし、
接合ツールＴの駆動装置に対し、定盤面をティーチング
し、接合ツールＴが定盤面から常に一定距離になるよう
に制御しながら接合ツールＴを移動して接合を行ってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記摩擦接合
方法においては、その実施に際して多くの手数を要し、
またその接合品質も必ずしも満足し得るものではないと
いう欠点がある。それはまず第１には、接合ツールＴの
動作プログラムの作成のために定盤面の計測等の余分な
作業が必要であり、これら作業に多くの手数を要すると
いうことである。また第２には、被接合部材Ｐの製作誤
差による板厚変動や定盤４へのセッティング誤差等によ
って上記の位置関係に誤差が生じ、これが原因で接
合不良が発生したり、あるいは定盤面の局部的な変形は
ティーチングによっては吸収できず、これによっても上
記の位置関係に誤差が生じ接合不良が発生してしま
うということである。また従来の設備では、被接合部材
Ｐをセットする定盤４の平面度は高精度なものが必要と
なり、大型の被接合部材Ｐを接合するための装置は高価
なものになる。
方法においては、その実施に際して多くの手数を要し、
またその接合品質も必ずしも満足し得るものではないと
いう欠点がある。それはまず第１には、接合ツールＴの
動作プログラムの作成のために定盤面の計測等の余分な
作業が必要であり、これら作業に多くの手数を要すると
いうことである。また第２には、被接合部材Ｐの製作誤
差による板厚変動や定盤４へのセッティング誤差等によ
って上記の位置関係に誤差が生じ、これが原因で接
合不良が発生したり、あるいは定盤面の局部的な変形は
ティーチングによっては吸収できず、これによっても上
記の位置関係に誤差が生じ接合不良が発生してしま
うということである。また従来の設備では、被接合部材
Ｐをセットする定盤４の平面度は高精度なものが必要と
なり、大型の被接合部材Ｐを接合するための装置は高価
なものになる。
【０００６】この発明は上記した従来の欠点を解決する
ためになされたものであって、その目的は、高品質な接
合を高能率に行うことが可能な摩擦接合装置と摩擦接合
方法とを提供することにある。
ためになされたものであって、その目的は、高品質な接
合を高能率に行うことが可能な摩擦接合装置と摩擦接合
方法とを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで請求項１の摩擦接
合装置は、ツール本体の先端部にそれよりも径小なピン
を設け、上記ツール本体の先端面における上記ピン取付
部の周辺をショルダとして構成した接合ツールを備え、
被接合部材の接合部に上記ピンを回転させながら挿入す
ると共に、上記ショルダを上記接合部表面に接触させな
がら上記被接合部材と上記接合ツールとを相対移動さ
せ、上記ツールの回転による摩擦熱によって上記接合部
及びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑性流動
を生ぜしめることにより接合を行う摩擦接合装置におい
て、上記接合ツールを上記被接合部材に対して押圧、接
触させるように付勢する付勢手段と、上記付勢力が略一
定になるように制御する付勢力制御手段とを設けたこと
を特徴としている。
合装置は、ツール本体の先端部にそれよりも径小なピン
を設け、上記ツール本体の先端面における上記ピン取付
部の周辺をショルダとして構成した接合ツールを備え、
被接合部材の接合部に上記ピンを回転させながら挿入す
ると共に、上記ショルダを上記接合部表面に接触させな
がら上記被接合部材と上記接合ツールとを相対移動さ
せ、上記ツールの回転による摩擦熱によって上記接合部
及びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑性流動
を生ぜしめることにより接合を行う摩擦接合装置におい
て、上記接合ツールを上記被接合部材に対して押圧、接
触させるように付勢する付勢手段と、上記付勢力が略一
定になるように制御する付勢力制御手段とを設けたこと
を特徴としている。
【０００８】また請求項４の摩擦接合方法は、ツール本
体の先端部にそれよりも径小なピンを設け、上記ツール
本体の先端面における上記ピン取付部の周辺をショルダ
として構成した接合ツールを用い、被接合部材の接合部
に上記ピンを回転させながら挿入すると共に、上記ショ
ルダを上記接合部表面に接触させながら上記被接合部材
と上記接合ツールとを相対移動させ、上記ツールの回転
による摩擦熱によって上記接合部及びその近傍の変形抵
抗を減少させると共に、塑性流動を生ぜしめることによ
り接合を行う摩擦接合方法において、上記接合ツールを
付勢力が略一定になるように上記被接合部材に対して押
圧、接触させることを特徴としている。
体の先端部にそれよりも径小なピンを設け、上記ツール
本体の先端面における上記ピン取付部の周辺をショルダ
として構成した接合ツールを用い、被接合部材の接合部
に上記ピンを回転させながら挿入すると共に、上記ショ
ルダを上記接合部表面に接触させながら上記被接合部材
と上記接合ツールとを相対移動させ、上記ツールの回転
による摩擦熱によって上記接合部及びその近傍の変形抵
抗を減少させると共に、塑性流動を生ぜしめることによ
り接合を行う摩擦接合方法において、上記接合ツールを
付勢力が略一定になるように上記被接合部材に対して押
圧、接触させることを特徴としている。
【０００９】上記請求項１の摩擦接合装置及び請求項４
の摩擦接合方法によれば、接合ツールの付勢力が略一定
になるような状態で接合が行われる。本発明において
は、被接合部材と接合ツールとの位置関係（上記）
が一定であれば、接合ツールが被接合部材から受ける反
力は略一定となることを知見し、このような見地から接
合ツールを付勢力が略一定になるように上記被接合部材
に対して押圧、接触させるようにしているのである。こ
の結果、被接合部材の製作誤差による板厚変動、被接合
部材の定盤へのセッティング誤差、定盤面の平面度不
良、あるいは定盤面の局部的な変形が存在しても、被接
合部材と接合ツールとの位置関係は略一定に保たれ、良
好な接合を行うことが可能となる。しかも従来のような
接合ツールの動作プログラムの作成のために定盤面の計
測等の余分な作業が不要であるので、高能率に接合作業
を行うことが可能である。
の摩擦接合方法によれば、接合ツールの付勢力が略一定
になるような状態で接合が行われる。本発明において
は、被接合部材と接合ツールとの位置関係（上記）
が一定であれば、接合ツールが被接合部材から受ける反
力は略一定となることを知見し、このような見地から接
合ツールを付勢力が略一定になるように上記被接合部材
に対して押圧、接触させるようにしているのである。こ
の結果、被接合部材の製作誤差による板厚変動、被接合
部材の定盤へのセッティング誤差、定盤面の平面度不
良、あるいは定盤面の局部的な変形が存在しても、被接
合部材と接合ツールとの位置関係は略一定に保たれ、良
好な接合を行うことが可能となる。しかも従来のような
接合ツールの動作プログラムの作成のために定盤面の計
測等の余分な作業が不要であるので、高能率に接合作業
を行うことが可能である。
【００１０】また請求項２の摩擦接合装置は、上記請求
項１の装置において、上記付勢手段はエアシリンダ等で
あり、上記付勢力制御手段はエアシリンダ等に供給する
圧力を制御する２次圧一定形の減圧弁であることを特徴
としている。
項１の装置において、上記付勢手段はエアシリンダ等で
あり、上記付勢力制御手段はエアシリンダ等に供給する
圧力を制御する２次圧一定形の減圧弁であることを特徴
としている。
【００１１】上記請求項２の摩擦接合装置によれば、簡
素な構成でもって接合ツールの付勢力を一定に保持でき
る。
素な構成でもって接合ツールの付勢力を一定に保持でき
る。
【００１２】さらに請求項３の摩擦接合装置は、請求項
１の装置において、上記付勢力を検出する付勢力検出手
段を設け、上記付勢力制御手段は上記検出された付勢力
を基準値に略等しくなるように制御することを特徴とし
ている。
１の装置において、上記付勢力を検出する付勢力検出手
段を設け、上記付勢力制御手段は上記検出された付勢力
を基準値に略等しくなるように制御することを特徴とし
ている。
【００１３】上記請求項１の摩擦接合装置における付勢
手段としては、上記したエアシリンダや油圧シリンダの
ようなものでもよいが、この他にもバネ、あるいはスク
リュー等を用いた電気（油圧）サーボ機構のようなもの
も使用可能であり、このように付勢手段として電気（油
圧）サーボ機構を用いる場合には、付勢力を検出する付
勢力検出手段を設け、検出された付勢力を基準値に略等
しくなるように制御するのが好ましい。
手段としては、上記したエアシリンダや油圧シリンダの
ようなものでもよいが、この他にもバネ、あるいはスク
リュー等を用いた電気（油圧）サーボ機構のようなもの
も使用可能であり、このように付勢手段として電気（油
圧）サーボ機構を用いる場合には、付勢力を検出する付
勢力検出手段を設け、検出された付勢力を基準値に略等
しくなるように制御するのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】次にこの発明の摩擦接合装置と摩
擦接合方法との具体的な実施の形態について、図面を参
照しつつ詳細に説明する。
擦接合方法との具体的な実施の形態について、図面を参
照しつつ詳細に説明する。
【００１５】図１には上記接合ツールＴの取付構造（ヘ
ッド部分の構造）の具体例を示している。まず上記門型
フレーム１０は、Ｘ方向に自走するものであるが、この
門型フレーム１０には、Ｙ方向（図１の紙面に直交する
方向）に往復駆動される水平スライドフレーム１２がス
ライド機構１３を介して取付けられている。またこの水
平スライドフレーム１２には、Ｚ方向に往復駆動される
垂直スライドフレーム１４がスライド機構１５によって
支持されている。上記水平スライドフレーム１２の上部
には、モータ１６が取付けられており、このモータ１６
によってボールネジ１７を介して上記垂直スライドフレ
ーム１４を上下方向に駆動するようになっている。上記
垂直スライドフレーム１４にはさらに、本体フレーム１
８がスライド機構１９を介してＺ方向に移動可能に支持
されている。そして上記本体フレーム１８に接合ヘッド
２０が取付けられている。
ッド部分の構造）の具体例を示している。まず上記門型
フレーム１０は、Ｘ方向に自走するものであるが、この
門型フレーム１０には、Ｙ方向（図１の紙面に直交する
方向）に往復駆動される水平スライドフレーム１２がス
ライド機構１３を介して取付けられている。またこの水
平スライドフレーム１２には、Ｚ方向に往復駆動される
垂直スライドフレーム１４がスライド機構１５によって
支持されている。上記水平スライドフレーム１２の上部
には、モータ１６が取付けられており、このモータ１６
によってボールネジ１７を介して上記垂直スライドフレ
ーム１４を上下方向に駆動するようになっている。上記
垂直スライドフレーム１４にはさらに、本体フレーム１
８がスライド機構１９を介してＺ方向に移動可能に支持
されている。そして上記本体フレーム１８に接合ヘッド
２０が取付けられている。
【００１６】上記接合ヘッド２０は、上下方向（Ｚ方
向）に延びる支持筒体２１と、この支持筒体２１の内周
部に一対のベアリング２２、２３によって回転可能に支
持された回転筒体２４とを有している。この回転筒体２
４には、その軸心に対して一定角度αだけ傾斜した状態
で、ツール支持部材２５が固定されている。２６、２７
はツール支持部材２５の固定用のセットボルトである。
また上記支持筒体２１の外周部にはモータ２８が上向き
に取付けられ、その出力軸には小径ギア２９が取付けら
れている。一方上記回転筒体２４の上部外周部には大径
ギア３０が形成されており、この大径ギア３０が上記小
径ギア２９と噛合している。つまり上記モータ２８によ
って上記回転筒体２４と共に、上記ツール支持部材２５
をＺ方向軸心回りに回転駆動可能としてあるのである。
上記ツール支持部材２５はその頂部に接合ツールＴの駆
動用モータ３１を備えており、またその下端部からは接
合ツールＴが導出されている。なお３２、３３はガイド
ローラであり、上記接合ツールＴの接合進行方向の前後
に配置されている。
向）に延びる支持筒体２１と、この支持筒体２１の内周
部に一対のベアリング２２、２３によって回転可能に支
持された回転筒体２４とを有している。この回転筒体２
４には、その軸心に対して一定角度αだけ傾斜した状態
で、ツール支持部材２５が固定されている。２６、２７
はツール支持部材２５の固定用のセットボルトである。
また上記支持筒体２１の外周部にはモータ２８が上向き
に取付けられ、その出力軸には小径ギア２９が取付けら
れている。一方上記回転筒体２４の上部外周部には大径
ギア３０が形成されており、この大径ギア３０が上記小
径ギア２９と噛合している。つまり上記モータ２８によ
って上記回転筒体２４と共に、上記ツール支持部材２５
をＺ方向軸心回りに回転駆動可能としてあるのである。
上記ツール支持部材２５はその頂部に接合ツールＴの駆
動用モータ３１を備えており、またその下端部からは接
合ツールＴが導出されている。なお３２、３３はガイド
ローラであり、上記接合ツールＴの接合進行方向の前後
に配置されている。
【００１７】一方、上記垂直スライドフレーム１４の上
部には、エアシリンダ（バラストクションシリンダ）３
４が取付けられている。そしてこのエアシリンダ３４に
エアを供給するエア配管３５には、２次圧一定形の減圧
弁３６が介設され、上記エアシリンダ３４の押圧力を略
一定に保持するようなされている。なお上記減圧弁３５
とエアシリンダ３４の出入口ポートとの間にはストップ
バルブ３７、３８が介設されている。そして上記垂直ス
ライドフレーム１４に支持されている本体フレーム１８
の頂部には、上記エアシリンダ３４のロッド３９の当接
するジョイント（フローティングジョイント）４０が取
付けられている。つまり図２にも示すように、上記エア
シリンダ３４によって上記本体フレーム１８を介してツ
ール支持部材２５を下方へと付勢し、これにより接合ツ
ールＴを被接合部材Ｐに押圧、接触させているのであ
る。
部には、エアシリンダ（バラストクションシリンダ）３
４が取付けられている。そしてこのエアシリンダ３４に
エアを供給するエア配管３５には、２次圧一定形の減圧
弁３６が介設され、上記エアシリンダ３４の押圧力を略
一定に保持するようなされている。なお上記減圧弁３５
とエアシリンダ３４の出入口ポートとの間にはストップ
バルブ３７、３８が介設されている。そして上記垂直ス
ライドフレーム１４に支持されている本体フレーム１８
の頂部には、上記エアシリンダ３４のロッド３９の当接
するジョイント（フローティングジョイント）４０が取
付けられている。つまり図２にも示すように、上記エア
シリンダ３４によって上記本体フレーム１８を介してツ
ール支持部材２５を下方へと付勢し、これにより接合ツ
ールＴを被接合部材Ｐに押圧、接触させているのであ
る。
【００１８】上記摩擦接合装置によれば、図６に示すよ
うに、アルミニウム合金等の被接合部材Ｐの接合部に上
記ピン２を回転させながら挿入すると共に、上記ショル
ダ３を上記接合部表面に接触させながら上記接合ツール
Ｔを移動させることにより、摩擦熱を利用した接合を行
う。このとき接合ツールＴは上記エアシリンダ３４によ
って略一定の付勢力でもって被接合部材Ｐの表面に押
圧、接触している。このように接合ツールＴが略一定の
付勢力でもって被接合部材Ｐの表面に押圧、接触してい
ることによって良好な接合品質を得ることが可能となる
が、その理由は次の通りである。すなわち良好な接合品
質を得るためには、接合ツールＴのピン２の先端と被接
合部材Ｐの裏面との間隔L1や、接合ツールＴのショルダ
３と被接合部材Ｐの表面との位置関係L2（図６）を正確
に保持する必要があるが、被接合部材Ｐと接合ツールＴ
との位置関係が一定であれば、接合ツールＴが被接合部
材Ｐから受ける反力は一定となるのであり、そのため逆
に、接合ツールＴを付勢力が略一定になるように上記被
接合部材Ｐに対して押圧、接触させれば、上記位置関係
を略一定に保持でき、これにより良好な接合品質が得ら
れることになるのである。この結果、被接合部材Ｐの製
作誤差による板厚変動や定盤へのセッティング誤差、あ
るいは定盤面の局部的な変形が存在しても、被接合部材
Ｐと接合ツールＴとの位置関係は略一定に保たれ、良好
な接合を行うことが可能となる。しかも従来のような接
合ツールの動作プログラムの作成のために定盤面の計測
等の余分な作業が不要であるので、高能率に接合作業を
行うことが可能である。
うに、アルミニウム合金等の被接合部材Ｐの接合部に上
記ピン２を回転させながら挿入すると共に、上記ショル
ダ３を上記接合部表面に接触させながら上記接合ツール
Ｔを移動させることにより、摩擦熱を利用した接合を行
う。このとき接合ツールＴは上記エアシリンダ３４によ
って略一定の付勢力でもって被接合部材Ｐの表面に押
圧、接触している。このように接合ツールＴが略一定の
付勢力でもって被接合部材Ｐの表面に押圧、接触してい
ることによって良好な接合品質を得ることが可能となる
が、その理由は次の通りである。すなわち良好な接合品
質を得るためには、接合ツールＴのピン２の先端と被接
合部材Ｐの裏面との間隔L1や、接合ツールＴのショルダ
３と被接合部材Ｐの表面との位置関係L2（図６）を正確
に保持する必要があるが、被接合部材Ｐと接合ツールＴ
との位置関係が一定であれば、接合ツールＴが被接合部
材Ｐから受ける反力は一定となるのであり、そのため逆
に、接合ツールＴを付勢力が略一定になるように上記被
接合部材Ｐに対して押圧、接触させれば、上記位置関係
を略一定に保持でき、これにより良好な接合品質が得ら
れることになるのである。この結果、被接合部材Ｐの製
作誤差による板厚変動や定盤へのセッティング誤差、あ
るいは定盤面の局部的な変形が存在しても、被接合部材
Ｐと接合ツールＴとの位置関係は略一定に保たれ、良好
な接合を行うことが可能となる。しかも従来のような接
合ツールの動作プログラムの作成のために定盤面の計測
等の余分な作業が不要であるので、高能率に接合作業を
行うことが可能である。
【００１９】特にこの摩擦接合装置及び摩擦接合方法に
よれば、図２に示すように、接合線が板厚方向に大きく
湾曲しているような継手に対しては、従来法に比較して
その作業性及び得られる接合品質が大幅に向上する。す
なわち接合線が上下方向に大きく湾曲しているような継
手において、接合ツールＴの押圧、付勢力を略一定にす
るような制御を行えば、接合ツールＴは自動的に上記湾
曲形状を倣うことになるのであり、接合ツールＴは被接
合部材Ｐに対して常に一定の位置関係を維持しながら、
接合作業を行うことになるのである。
よれば、図２に示すように、接合線が板厚方向に大きく
湾曲しているような継手に対しては、従来法に比較して
その作業性及び得られる接合品質が大幅に向上する。す
なわち接合線が上下方向に大きく湾曲しているような継
手において、接合ツールＴの押圧、付勢力を略一定にす
るような制御を行えば、接合ツールＴは自動的に上記湾
曲形状を倣うことになるのであり、接合ツールＴは被接
合部材Ｐに対して常に一定の位置関係を維持しながら、
接合作業を行うことになるのである。
【００２０】また上記においてはエアシリンダ３４を用
いて接合ツールＴを被接合部材Ｐに押付け、またこの押
付力を２次圧一定形の減圧弁３６でもって略一定になる
ように制御しているので、フィードバック制御を行うよ
うな場合に比較して、その構成を簡素にできる。しかも
エアシリンダ３４はその押圧力の変動が滑らかであっ
て、油圧シリンダのように急激な変動を生じるものでは
ないので、接合作業には好適である。なお上記エア配管
３５において、大幅なエア圧の変動が予想されるような
場合には、上記減圧弁３６の前位にさらに別の２次圧一
定形減圧弁を介設しておくのが好ましい。
いて接合ツールＴを被接合部材Ｐに押付け、またこの押
付力を２次圧一定形の減圧弁３６でもって略一定になる
ように制御しているので、フィードバック制御を行うよ
うな場合に比較して、その構成を簡素にできる。しかも
エアシリンダ３４はその押圧力の変動が滑らかであっ
て、油圧シリンダのように急激な変動を生じるものでは
ないので、接合作業には好適である。なお上記エア配管
３５において、大幅なエア圧の変動が予想されるような
場合には、上記減圧弁３６の前位にさらに別の２次圧一
定形減圧弁を介設しておくのが好ましい。
【００２１】またこの摩擦接合方法においては、図６に
示しているように、接合ツールＴは、その先端部を、接
合の進行方向前方に傾斜させ、接合ツールＴのショルダ
３でもってピン２の後方の接合部表面を押圧する必要が
ある。従って、図４や図５に示す継手の場合には、接合
の進行と共に、接合ツールＴの傾斜方向を変化させる必
要が生じる。このような場合に、上記摩擦接合装置によ
れば、モータ２８によって回転筒体２４を回転させれ
ば、接合ツールＴの傾斜方向が順に変化していくことに
なるので、このような接合作業を連続的に行えるとの利
点が生じる。
示しているように、接合ツールＴは、その先端部を、接
合の進行方向前方に傾斜させ、接合ツールＴのショルダ
３でもってピン２の後方の接合部表面を押圧する必要が
ある。従って、図４や図５に示す継手の場合には、接合
の進行と共に、接合ツールＴの傾斜方向を変化させる必
要が生じる。このような場合に、上記摩擦接合装置によ
れば、モータ２８によって回転筒体２４を回転させれ
ば、接合ツールＴの傾斜方向が順に変化していくことに
なるので、このような接合作業を連続的に行えるとの利
点が生じる。
【００２２】上記実施形態においては、付勢手段として
エアシリンダ３４を、また付勢力制御手段として２次圧
一定形の減圧弁３６を例示しているが、油圧シリンダの
ようなものでもよく、この他にもバネ、あるいはスクリ
ュー等を用いた電気（油圧）サーボ機構のようなものも
使用可能である。また付勢手段として電気（油圧）サー
ボ機構を用いる場合には、付勢力を検出する付勢力検出
手段を設け、検出された付勢力を基準値に略等しくなる
ように制御するのが好ましい。なお上記のようにエアシ
リンダ３４を用いる場合でも、減圧弁３６の設置を省略
し、あるいは減圧弁３６を設けた状態においても、付勢
力検出手段によってシリンダ内圧を検出し、この内圧が
略一定になるように、この場合の付勢力調整手段として
のモータ１６でもって、垂直スライドフレーム１４の上
下方向位置を制御するように構成してもよい。
エアシリンダ３４を、また付勢力制御手段として２次圧
一定形の減圧弁３６を例示しているが、油圧シリンダの
ようなものでもよく、この他にもバネ、あるいはスクリ
ュー等を用いた電気（油圧）サーボ機構のようなものも
使用可能である。また付勢手段として電気（油圧）サー
ボ機構を用いる場合には、付勢力を検出する付勢力検出
手段を設け、検出された付勢力を基準値に略等しくなる
ように制御するのが好ましい。なお上記のようにエアシ
リンダ３４を用いる場合でも、減圧弁３６の設置を省略
し、あるいは減圧弁３６を設けた状態においても、付勢
力検出手段によってシリンダ内圧を検出し、この内圧が
略一定になるように、この場合の付勢力調整手段として
のモータ１６でもって、垂直スライドフレーム１４の上
下方向位置を制御するように構成してもよい。
【００２３】
【発明の効果】上記請求項１の摩擦接合装置及び請求項
４の摩擦接合方法によれば、被接合部材の製作誤差によ
る板厚変動や定盤へのセッティング誤差、あるいは定盤
面の局部的な変形が存在しても、被接合部材と接合ツー
ルとの位置関係は略一定に保たれ、良好な接合を行うこ
とが可能となる。しかも従来のような接合ツールの動作
プログラムの作成のために定盤面の計測等の余分な作業
が不要であるので、高能率に接合作業を行うことが可能
である。
４の摩擦接合方法によれば、被接合部材の製作誤差によ
る板厚変動や定盤へのセッティング誤差、あるいは定盤
面の局部的な変形が存在しても、被接合部材と接合ツー
ルとの位置関係は略一定に保たれ、良好な接合を行うこ
とが可能となる。しかも従来のような接合ツールの動作
プログラムの作成のために定盤面の計測等の余分な作業
が不要であるので、高能率に接合作業を行うことが可能
である。
【００２４】また請求項２の摩擦接合装置によれば、上
記装置を簡素に構成可能であると共に、良好な接合作業
が行える。
記装置を簡素に構成可能であると共に、良好な接合作業
が行える。
【００２５】さらに請求項３の摩擦接合装置によれば、
上記装置を種々の態様にて実施可能である。
上記装置を種々の態様にて実施可能である。
【図１】この発明の摩擦接合装置の実施形態のヘッド部
分における接合ツールの取付構造の概略構成を示す説明
図である。
分における接合ツールの取付構造の概略構成を示す説明
図である。
【図２】上記摩擦接合装置の要部を模式的に示す説明図
である。
である。
【図３】摩擦接合装置の全体の構造を示す説明図であ
る。
る。
【図４】この発明の摩擦接合装置及び摩擦接合方法の適
用例を示す説明図である。
用例を示す説明図である。
【図５】この発明の摩擦接合装置及び摩擦接合方法の他
の適用例を示す説明図である。
の適用例を示す説明図である。
【図６】従来の摩擦接合方法を説明するための説明図で
ある。
ある。
【図７】従来の摩擦接合方法を説明するための説明図で
ある。
ある。
１ ツール本体 ２ ピン ３ ショルダ ３４ エアシリンダ（付勢手段） ３６ 減圧弁（付勢力制御手段） Ｔ 接合ツール Ｐ 被接合部材
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１１年１１月８日（１９９９．１１．
８）
８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 摩擦接合装置
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は摩擦接合装置に関
するものであって、特に接合ツールの回転による摩擦熱
を利用した摩擦接合装置に係るものである。
するものであって、特に接合ツールの回転による摩擦熱
を利用した摩擦接合装置に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】接合ツールの回転による摩擦熱を利用し
た摩擦接合方法は、例えば第２７１２８３８号特許公報
にも記載されているように公知である。この摩擦接合方
法は、図６に示すように、ツール本体１の先端部にツー
ル本体１よりも径小なピン２を設け、上記ツール本体１
の先端面における上記ピン２の取付部の周辺をショルダ
３として構成した接合ツールＴを用いる。そしてアルミ
ニウム合金等の被接合部材Ｐの接合部に上記ピン２を回
転させながら挿入すると共に、上記ショルダ３を上記接
合部表面に接触させながら上記被接合部材Ｐと上記接合
ツールＴとを相対移動させる。このとき上記接合ツール
Ｔは、図６及び図７に示すように、被接合部材Ｔの表面
に垂直な軸芯に対し、その先端側が接合進行方向の前方
へと所定角度αだけ傾斜した状態に配置し、上記ショル
ダ３が接合進行方向の後方側の接合部表面に接触するよ
うにしておく必要がある。そして上記接合ツールＴの回
転によって摩擦熱が生じるが、この摩擦熱によって上記
接合部及びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑
性流動を生ぜしめ、被接合部材Ｐの母材組織を攪拌し、
冷却後に母材組織を一体化させることにより接合を行う
のである。
た摩擦接合方法は、例えば第２７１２８３８号特許公報
にも記載されているように公知である。この摩擦接合方
法は、図６に示すように、ツール本体１の先端部にツー
ル本体１よりも径小なピン２を設け、上記ツール本体１
の先端面における上記ピン２の取付部の周辺をショルダ
３として構成した接合ツールＴを用いる。そしてアルミ
ニウム合金等の被接合部材Ｐの接合部に上記ピン２を回
転させながら挿入すると共に、上記ショルダ３を上記接
合部表面に接触させながら上記被接合部材Ｐと上記接合
ツールＴとを相対移動させる。このとき上記接合ツール
Ｔは、図６及び図７に示すように、被接合部材Ｔの表面
に垂直な軸芯に対し、その先端側が接合進行方向の前方
へと所定角度αだけ傾斜した状態に配置し、上記ショル
ダ３が接合進行方向の後方側の接合部表面に接触するよ
うにしておく必要がある。そして上記接合ツールＴの回
転によって摩擦熱が生じるが、この摩擦熱によって上記
接合部及びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑
性流動を生ぜしめ、被接合部材Ｐの母材組織を攪拌し、
冷却後に母材組織を一体化させることにより接合を行う
のである。
【０００３】図３には、上記のような摩擦接合方法を実
施するための摩擦接合装置の全体の概略構成を示してい
るが、同図において、上記同様にＴは接合ツール、Ｐは
被接合部材であり、この被接合部材Ｐは定盤４上に載置
されている。また１０は自走式の門型フレームであり、
この門型フレーム１０に上記接合ツールＴが取付けられ
ている。１１は制御装置であり、この制御装置１１によ
って上記接合ツールＴを図中Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に駆
動制御することにより接合作業を行うようにしているの
である。
施するための摩擦接合装置の全体の概略構成を示してい
るが、同図において、上記同様にＴは接合ツール、Ｐは
被接合部材であり、この被接合部材Ｐは定盤４上に載置
されている。また１０は自走式の門型フレームであり、
この門型フレーム１０に上記接合ツールＴが取付けられ
ている。１１は制御装置であり、この制御装置１１によ
って上記接合ツールＴを図中Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に駆
動制御することにより接合作業を行うようにしているの
である。
【０００４】上記摩擦接合方法において、接合品質の良
否を決定する因子の一つとして被接合部材Ｐと接合ツー
ルＴの位置関係がある。この位置関係とは、図６に示す
ように、接合ツールＴのピン２の先端と被接合部材Ｐ
の裏面との間隔L1、及び接合ツールＴのショルダ３と
被接合部材Ｐの表面との位置関係L2であり、これらはい
ずれも０．１ｍｍ単位の精度で制御する必要がある。そ
のため従来は、被接合部材Ｐを、定盤４上にセットし、
接合ツールＴの駆動装置に対し、定盤面をティーチング
し、接合ツールＴが定盤面から常に一定距離になるよう
に制御しながら接合ツールＴを移動して接合を行ってい
る。
否を決定する因子の一つとして被接合部材Ｐと接合ツー
ルＴの位置関係がある。この位置関係とは、図６に示す
ように、接合ツールＴのピン２の先端と被接合部材Ｐ
の裏面との間隔L1、及び接合ツールＴのショルダ３と
被接合部材Ｐの表面との位置関係L2であり、これらはい
ずれも０．１ｍｍ単位の精度で制御する必要がある。そ
のため従来は、被接合部材Ｐを、定盤４上にセットし、
接合ツールＴの駆動装置に対し、定盤面をティーチング
し、接合ツールＴが定盤面から常に一定距離になるよう
に制御しながら接合ツールＴを移動して接合を行ってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記摩擦接合
方法においては、その実施に際して多くの手数を要し、
またその接合品質も必ずしも満足し得るものではないと
いう欠点がある。それはまず第１には、接合ツールＴの
動作プログラムの作成のために定盤面の計測等の余分な
作業が必要であり、これら作業に多くの手数を要すると
いうことである。また第２には、被接合部材Ｐの製作誤
差による板厚変動や定盤４へのセッティング誤差等によ
って上記の位置関係に誤差が生じ、これが原因で接
合不良が発生したり、あるいは定盤面の局部的な変形は
ティーチングによっては吸収できず、これによっても上
記の位置関係に誤差が生じ接合不良が発生してしま
うということである。また従来の設備では、被接合部材
Ｐをセットする定盤４の平面度は高精度なものが必要と
なり、大型の被接合部材Ｐを接合するための装置は高価
なものになる。
方法においては、その実施に際して多くの手数を要し、
またその接合品質も必ずしも満足し得るものではないと
いう欠点がある。それはまず第１には、接合ツールＴの
動作プログラムの作成のために定盤面の計測等の余分な
作業が必要であり、これら作業に多くの手数を要すると
いうことである。また第２には、被接合部材Ｐの製作誤
差による板厚変動や定盤４へのセッティング誤差等によ
って上記の位置関係に誤差が生じ、これが原因で接
合不良が発生したり、あるいは定盤面の局部的な変形は
ティーチングによっては吸収できず、これによっても上
記の位置関係に誤差が生じ接合不良が発生してしま
うということである。また従来の設備では、被接合部材
Ｐをセットする定盤４の平面度は高精度なものが必要と
なり、大型の被接合部材Ｐを接合するための装置は高価
なものになる。
【０００６】この発明は上記した従来の欠点を解決する
ためになされたものであって、その目的は、高品質な接
合を高能率に行うことが可能な摩擦接合装置を提供する
ことにある。
ためになされたものであって、その目的は、高品質な接
合を高能率に行うことが可能な摩擦接合装置を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】そこで請求項１の摩擦接
合装置は、ツール本体の先端部にツール本体よりも径小
なピンを設け、上記ツール本体の先端面における上記ピ
ン取付部の周辺をショルダとして構成した接合ツールを
備え、被接合部材の接合部に上記ピンを回転させながら
挿入すると共に、上記ショルダを上記接合部表面に接触
させながら上記被接合部材と上記接合ツールとを相対移
動させ、上記ツールの回転による摩擦熱によって上記接
合部及びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑性
流動を生ぜしめることにより接合を行う摩擦接合装置に
おいて、上記接合ツールを上記被接合部材に対して押
圧、接触させるように付勢する付勢手段と、上記付勢力
が略一定になるように制御する付勢力制御手段とを設け
て成り、さらに上記付勢手段はエアシリンダであり、上
記付勢力制御手段はエアシリンダに供給する圧力を制御
する２次圧一定形の減圧弁であることを特徴としてい
る。
合装置は、ツール本体の先端部にツール本体よりも径小
なピンを設け、上記ツール本体の先端面における上記ピ
ン取付部の周辺をショルダとして構成した接合ツールを
備え、被接合部材の接合部に上記ピンを回転させながら
挿入すると共に、上記ショルダを上記接合部表面に接触
させながら上記被接合部材と上記接合ツールとを相対移
動させ、上記ツールの回転による摩擦熱によって上記接
合部及びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑性
流動を生ぜしめることにより接合を行う摩擦接合装置に
おいて、上記接合ツールを上記被接合部材に対して押
圧、接触させるように付勢する付勢手段と、上記付勢力
が略一定になるように制御する付勢力制御手段とを設け
て成り、さらに上記付勢手段はエアシリンダであり、上
記付勢力制御手段はエアシリンダに供給する圧力を制御
する２次圧一定形の減圧弁であることを特徴としてい
る。
【０００８】上記請求項１の摩擦接合装置によれば、接
合ツールの付勢力が略一定になるような状態で接合が行
われる。本発明においては、被接合部材と接合ツールと
の位置関係（上記）が一定であれば、接合ツールが
被接合部材から受ける反力は略一定となることを知見
し、このような見地から接合ツールを付勢力が略一定に
なるように上記被接合部材に対して押圧、接触させるよ
うにしているのである。この結果、被接合部材の製作誤
差による板厚変動、被接合部材の定盤へのセッティング
誤差、定盤面の平面度不良、あるいは定盤面の局部的な
変形が存在しても、被接合部材と接合ツールとの位置関
係は略一定に保たれ、良好な接合を行うことが可能とな
る。しかも従来のような接合ツールの動作プログラムの
作成のために定盤面の計測等の余分な作業が不要である
ので、高能率に接合作業を行うことが可能である。さら
に上記付勢手段をエアシリンダとし、上記付勢力制御手
段はエアシリンダに供給する圧力を制御する２次圧一定
形の減圧弁としているので、簡素な構成でもって接合ツ
ールの付勢力を一定に保持できる。しかもエアシリンダ
はその押圧力の変動が滑らかであって、油圧シリンダの
ように急激な変動を生じるものではないので、接合作業
には好適である。
合ツールの付勢力が略一定になるような状態で接合が行
われる。本発明においては、被接合部材と接合ツールと
の位置関係（上記）が一定であれば、接合ツールが
被接合部材から受ける反力は略一定となることを知見
し、このような見地から接合ツールを付勢力が略一定に
なるように上記被接合部材に対して押圧、接触させるよ
うにしているのである。この結果、被接合部材の製作誤
差による板厚変動、被接合部材の定盤へのセッティング
誤差、定盤面の平面度不良、あるいは定盤面の局部的な
変形が存在しても、被接合部材と接合ツールとの位置関
係は略一定に保たれ、良好な接合を行うことが可能とな
る。しかも従来のような接合ツールの動作プログラムの
作成のために定盤面の計測等の余分な作業が不要である
ので、高能率に接合作業を行うことが可能である。さら
に上記付勢手段をエアシリンダとし、上記付勢力制御手
段はエアシリンダに供給する圧力を制御する２次圧一定
形の減圧弁としているので、簡素な構成でもって接合ツ
ールの付勢力を一定に保持できる。しかもエアシリンダ
はその押圧力の変動が滑らかであって、油圧シリンダの
ように急激な変動を生じるものではないので、接合作業
には好適である。
【０００９】
【発明の実施の形態】次にこの発明の摩擦接合装置の具
体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説
明する。
体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説
明する。
【００１０】図１には上記接合ツールＴの取付構造（ヘ
ッド部分の構造）の具体例を示している。まず上記門型
フレーム１０は、Ｘ方向に自走するものであるが、この
門型フレーム１０には、Ｙ方向（図１の紙面に直交する
方向）に往復駆動される水平スライドフレーム１２がス
ライド機構１３を介して取付けられている。またこの水
平スライドフレーム１２には、Ｚ方向に往復駆動される
垂直スライドフレーム１４がスライド機構１５によって
支持されている。上記水平スライドフレーム１２の上部
には、モータ１６が取付けられており、このモータ１６
によってボールネジ１７を介して上記垂直スライドフレ
ーム１４を上下方向に駆動するようになっている。上記
垂直スライドフレーム１４にはさらに、本体フレーム１
８がスライド機構１９を介してＺ方向に移動可能に支持
されている。そして上記本体フレーム１８に接合ヘッド
２０が取付けられている。
ッド部分の構造）の具体例を示している。まず上記門型
フレーム１０は、Ｘ方向に自走するものであるが、この
門型フレーム１０には、Ｙ方向（図１の紙面に直交する
方向）に往復駆動される水平スライドフレーム１２がス
ライド機構１３を介して取付けられている。またこの水
平スライドフレーム１２には、Ｚ方向に往復駆動される
垂直スライドフレーム１４がスライド機構１５によって
支持されている。上記水平スライドフレーム１２の上部
には、モータ１６が取付けられており、このモータ１６
によってボールネジ１７を介して上記垂直スライドフレ
ーム１４を上下方向に駆動するようになっている。上記
垂直スライドフレーム１４にはさらに、本体フレーム１
８がスライド機構１９を介してＺ方向に移動可能に支持
されている。そして上記本体フレーム１８に接合ヘッド
２０が取付けられている。
【００１１】上記接合ヘッド２０は、上下方向（Ｚ方
向）に延びる支持筒体２１と、この支持筒体２１の内周
部に一対のベアリング２２、２３によって回転可能に支
持された回転筒体２４とを有している。この回転筒体２
４には、その軸心に対して一定角度αだけ傾斜した状態
で、ツール支持部材２５が固定されている。２６、２７
はツール支持部材２５の固定用のセットボルトである。
また上記支持筒体２１の外周部にはモータ２８が上向き
に取付けられ、その出力軸には小径ギア２９が取付けら
れている。一方上記回転筒体２４の上部外周部には大径
ギア３０が形成されており、この大径ギア３０が上記小
径ギア２９と噛合している。つまり上記モータ２８によ
って上記回転筒体２４と共に、上記ツール支持部材２５
をＺ方向軸心回りに回転駆動可能としてあるのである。
上記ツール支持部材２５はその頂部に接合ツールＴの駆
動用モータ３１を備えており、またその下端部からは接
合ツールＴが導出されている。なお３２、３３はガイド
ローラであり、上記接合ツールＴの接合進行方向の前後
に配置されている。
向）に延びる支持筒体２１と、この支持筒体２１の内周
部に一対のベアリング２２、２３によって回転可能に支
持された回転筒体２４とを有している。この回転筒体２
４には、その軸心に対して一定角度αだけ傾斜した状態
で、ツール支持部材２５が固定されている。２６、２７
はツール支持部材２５の固定用のセットボルトである。
また上記支持筒体２１の外周部にはモータ２８が上向き
に取付けられ、その出力軸には小径ギア２９が取付けら
れている。一方上記回転筒体２４の上部外周部には大径
ギア３０が形成されており、この大径ギア３０が上記小
径ギア２９と噛合している。つまり上記モータ２８によ
って上記回転筒体２４と共に、上記ツール支持部材２５
をＺ方向軸心回りに回転駆動可能としてあるのである。
上記ツール支持部材２５はその頂部に接合ツールＴの駆
動用モータ３１を備えており、またその下端部からは接
合ツールＴが導出されている。なお３２、３３はガイド
ローラであり、上記接合ツールＴの接合進行方向の前後
に配置されている。
【００１２】一方、上記垂直スライドフレーム１４の上
部には、エアシリンダ（バラストクションシリンダ）３
４が取付けられている。そしてこのエアシリンダ３４に
エアを供給するエア配管３５には、２次圧一定形の減圧
弁３６が介設され、上記エアシリンダ３４の押圧力を略
一定に保持するようなされている。なお上記減圧弁３５
とエアシリンダ３４の出入口ポートとの間にはストップ
バルブ３７、３８が介設されている。そして上記垂直ス
ライドフレーム１４に支持されている本体フレーム１８
の頂部には、上記エアシリンダ３４のロッド３９の当接
するジョイント（フローティングジョイント）４０が取
付けられている。つまり図２にも示すように、上記エア
シリンダ３４によって上記本体フレーム１８を介してツ
ール支持部材２５を下方へと付勢し、これにより接合ツ
ールＴを被接合部材Ｐに押圧、接触させているのであ
る。
部には、エアシリンダ（バラストクションシリンダ）３
４が取付けられている。そしてこのエアシリンダ３４に
エアを供給するエア配管３５には、２次圧一定形の減圧
弁３６が介設され、上記エアシリンダ３４の押圧力を略
一定に保持するようなされている。なお上記減圧弁３５
とエアシリンダ３４の出入口ポートとの間にはストップ
バルブ３７、３８が介設されている。そして上記垂直ス
ライドフレーム１４に支持されている本体フレーム１８
の頂部には、上記エアシリンダ３４のロッド３９の当接
するジョイント（フローティングジョイント）４０が取
付けられている。つまり図２にも示すように、上記エア
シリンダ３４によって上記本体フレーム１８を介してツ
ール支持部材２５を下方へと付勢し、これにより接合ツ
ールＴを被接合部材Ｐに押圧、接触させているのであ
る。
【００１３】上記摩擦接合装置によれば、図６に示すよ
うに、アルミニウム合金等の被接合部材Ｐの接合部に上
記ピン２を回転させながら挿入すると共に、上記ショル
ダ３を上記接合部表面に接触させながら上記接合ツール
Ｔを移動させることにより、摩擦熱を利用した接合を行
う。このとき接合ツールＴは上記エアシリンダ３４によ
って略一定の付勢力でもって被接合部材Ｐの表面に押
圧、接触している。このように接合ツールＴが略一定の
付勢力でもって被接合部材Ｐの表面に押圧、接触してい
ることによって良好な接合品質を得ることが可能となる
が、その理由は次の通りである。すなわち良好な接合品
質を得るためには、接合ツールＴのピン２の先端と被接
合部材Ｐの裏面との間隔L1や、接合ツールＴのショルダ
３と被接合部材Ｐの表面との位置関係L2（図６）を正確
に保持する必要があるが、被接合部材Ｐと接合ツールＴ
との位置関係が一定であれば、接合ツールＴが被接合部
材Ｐから受ける反力は一定となるのであり、そのため逆
に、接合ツールＴを付勢力が略一定になるように上記被
接合部材Ｐに対して押圧、接触させれば、上記位置関係
を略一定に保持でき、これにより良好な接合品質が得ら
れることになるのである。この結果、被接合部材Ｐの製
作誤差による板厚変動や定盤へのセッティング誤差、あ
るいは定盤面の局部的な変形が存在しても、被接合部材
Ｐと接合ツールＴとの位置関係は略一定に保たれ、良好
な接合を行うことが可能となる。しかも従来のような接
合ツールの動作プログラムの作成のために定盤面の計測
等の余分な作業が不要であるので、高能率に接合作業を
行うことが可能である。
うに、アルミニウム合金等の被接合部材Ｐの接合部に上
記ピン２を回転させながら挿入すると共に、上記ショル
ダ３を上記接合部表面に接触させながら上記接合ツール
Ｔを移動させることにより、摩擦熱を利用した接合を行
う。このとき接合ツールＴは上記エアシリンダ３４によ
って略一定の付勢力でもって被接合部材Ｐの表面に押
圧、接触している。このように接合ツールＴが略一定の
付勢力でもって被接合部材Ｐの表面に押圧、接触してい
ることによって良好な接合品質を得ることが可能となる
が、その理由は次の通りである。すなわち良好な接合品
質を得るためには、接合ツールＴのピン２の先端と被接
合部材Ｐの裏面との間隔L1や、接合ツールＴのショルダ
３と被接合部材Ｐの表面との位置関係L2（図６）を正確
に保持する必要があるが、被接合部材Ｐと接合ツールＴ
との位置関係が一定であれば、接合ツールＴが被接合部
材Ｐから受ける反力は一定となるのであり、そのため逆
に、接合ツールＴを付勢力が略一定になるように上記被
接合部材Ｐに対して押圧、接触させれば、上記位置関係
を略一定に保持でき、これにより良好な接合品質が得ら
れることになるのである。この結果、被接合部材Ｐの製
作誤差による板厚変動や定盤へのセッティング誤差、あ
るいは定盤面の局部的な変形が存在しても、被接合部材
Ｐと接合ツールＴとの位置関係は略一定に保たれ、良好
な接合を行うことが可能となる。しかも従来のような接
合ツールの動作プログラムの作成のために定盤面の計測
等の余分な作業が不要であるので、高能率に接合作業を
行うことが可能である。
【００１４】特にこの摩擦接合装置によれば、図２に示
すように、接合線が板厚方向に大きく湾曲しているよう
な継手に対しては、従来法に比較してその作業性及び得
られる接合品質が大幅に向上する。すなわち接合線が上
下方向に大きく湾曲しているような継手において、接合
ツールＴの押圧、付勢力を略一定にするような制御を行
えば、接合ツールＴは自動的に上記湾曲形状を倣うこと
になるのであり、接合ツールＴは被接合部材Ｐに対して
常に一定の位置関係を維持しながら、接合作業を行うこ
とになるのである。
すように、接合線が板厚方向に大きく湾曲しているよう
な継手に対しては、従来法に比較してその作業性及び得
られる接合品質が大幅に向上する。すなわち接合線が上
下方向に大きく湾曲しているような継手において、接合
ツールＴの押圧、付勢力を略一定にするような制御を行
えば、接合ツールＴは自動的に上記湾曲形状を倣うこと
になるのであり、接合ツールＴは被接合部材Ｐに対して
常に一定の位置関係を維持しながら、接合作業を行うこ
とになるのである。
【００１５】また上記においてはエアシリンダ３４を用
いて接合ツールＴを被接合部材Ｐに押付け、またこの押
付力を２次圧一定形の減圧弁３６でもって略一定になる
ように制御しているので、フィードバック制御を行うよ
うな場合に比較して、その構成を簡素にできる。しかも
エアシリンダ３４はその押圧力の変動が滑らかであっ
て、油圧シリンダのように急激な変動を生じるものでは
ないので、接合作業には好適である。なお上記エア配管
３５において、大幅なエア圧の変動が予想されるような
場合には、上記減圧弁３６の前位にさらに別の２次圧一
定形減圧弁を介設しておくのが好ましい。
いて接合ツールＴを被接合部材Ｐに押付け、またこの押
付力を２次圧一定形の減圧弁３６でもって略一定になる
ように制御しているので、フィードバック制御を行うよ
うな場合に比較して、その構成を簡素にできる。しかも
エアシリンダ３４はその押圧力の変動が滑らかであっ
て、油圧シリンダのように急激な変動を生じるものでは
ないので、接合作業には好適である。なお上記エア配管
３５において、大幅なエア圧の変動が予想されるような
場合には、上記減圧弁３６の前位にさらに別の２次圧一
定形減圧弁を介設しておくのが好ましい。
【００１６】またこの摩擦接合方法においては、図６に
示しているように、接合ツールＴは、その先端部を、接
合の進行方向前方に傾斜させ、接合ツールＴのショルダ
３でもってピン２の後方の接合部表面を押圧する必要が
ある。従って、図４や図５に示す継手の場合には、接合
の進行と共に、接合ツールＴの傾斜方向を変化させる必
要が生じる。このような場合に、上記摩擦接合装置によ
れば、モータ２８によって回転筒体２４を回転させれ
ば、接合ツールＴの傾斜方向が順に変化していくことに
なるので、このような接合作業を連続的に行えるとの利
点が生じる。
示しているように、接合ツールＴは、その先端部を、接
合の進行方向前方に傾斜させ、接合ツールＴのショルダ
３でもってピン２の後方の接合部表面を押圧する必要が
ある。従って、図４や図５に示す継手の場合には、接合
の進行と共に、接合ツールＴの傾斜方向を変化させる必
要が生じる。このような場合に、上記摩擦接合装置によ
れば、モータ２８によって回転筒体２４を回転させれ
ば、接合ツールＴの傾斜方向が順に変化していくことに
なるので、このような接合作業を連続的に行えるとの利
点が生じる。
【００１７】なお上記のようにエアシリンダ３４を用
い、減圧弁３６を設けた状態においても、付勢力検出手
段によってシリンダ内圧を検出し、この内圧が略一定に
なるように、この場合の付勢力調整手段としてのモータ
１６でもって、垂直スライドフレーム１４の上下方向位
置を制御するように構成してもよい。
い、減圧弁３６を設けた状態においても、付勢力検出手
段によってシリンダ内圧を検出し、この内圧が略一定に
なるように、この場合の付勢力調整手段としてのモータ
１６でもって、垂直スライドフレーム１４の上下方向位
置を制御するように構成してもよい。
【００１８】
【発明の効果】上記請求項１の摩擦接合装置によれば、
被接合部材の製作誤差による板厚変動や定盤へのセッテ
ィング誤差、あるいは定盤面の局部的な変形が存在して
も、被接合部材と接合ツールとの位置関係は略一定に保
たれ、良好な接合を行うことが可能となる。しかも従来
のような接合ツールの動作プログラムの作成のために定
盤面の計測等の余分な作業が不要であるので、高能率に
接合作業を行うことが可能である。しかも装置を簡素に
構成可能であると共に、良好な接合作業が行える。
被接合部材の製作誤差による板厚変動や定盤へのセッテ
ィング誤差、あるいは定盤面の局部的な変形が存在して
も、被接合部材と接合ツールとの位置関係は略一定に保
たれ、良好な接合を行うことが可能となる。しかも従来
のような接合ツールの動作プログラムの作成のために定
盤面の計測等の余分な作業が不要であるので、高能率に
接合作業を行うことが可能である。しかも装置を簡素に
構成可能であると共に、良好な接合作業が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の摩擦接合装置の実施形態のヘッド部
分における接合ツールの取付構造の概略構成を示す説明
図である。
分における接合ツールの取付構造の概略構成を示す説明
図である。
【図２】上記摩擦接合装置の要部を模式的に示す説明図
である。
である。
【図３】摩擦接合装置の全体の構造を示す説明図であ
る。
る。
【図４】この発明の摩擦接合装置の適用例を示す説明図
である。
である。
【図５】この発明の摩擦接合装置の他の適用例を示す説
明図である。
明図である。
【図６】従来の摩擦接合方法を説明するための説明図で
ある。
ある。
【図７】従来の摩擦接合方法を説明するための説明図で
ある。
ある。
【符号の説明】 １ ツール本体 ２ ピン ３ ショルダ ３４ エアシリンダ（付勢手段） ３６ 減圧弁（付勢力制御手段） Ｔ 接合ツール Ｐ 被接合部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神岡 光浩 神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号 川 崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 堀本 耕造 神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18号 川 崎重工業株式会社兵庫工場内 (72)発明者 山下 政一郎 神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18号 川 崎重工業株式会社兵庫工場内 (72)発明者 四方 宏 兵庫県加古郡播磨町新島８番地 株式会社 川重播磨テック内 Ｆターム(参考） 4E067 AA05 BG02 CA02 CA04
Claims (4)
- 【請求項１】 ツール本体の先端部にそれよりも径小な
ピンを設け、上記ツール本体の先端面における上記ピン
取付部の周辺をショルダとして構成した接合ツールを備
え、被接合部材の接合部に上記ピンを回転させながら挿
入すると共に、上記ショルダを上記接合部表面に接触さ
せながら上記被接合部材と上記接合ツールとを相対移動
させ、上記ツールの回転による摩擦熱によって上記接合
部及びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑性流
動を生ぜしめることにより接合を行う摩擦接合装置にお
いて、上記接合ツールを上記被接合部材に対して押圧、
接触させるように付勢する付勢手段と、上記付勢力が略
一定になるように制御する付勢力制御手段とを設けたこ
とを特徴とする摩擦接合装置。 - 【請求項２】 上記付勢手段はエアシリンダ等であり、
上記付勢力制御手段はエアシリンダ等に供給する圧力を
制御する２次圧一定形の減圧弁であることを特徴とする
請求項１の摩擦接合装置。 - 【請求項３】 上記付勢力を検出する付勢力検出手段を
設け、上記付勢力制御手段は上記検出された付勢力を基
準値に略等しくなるように制御することを特徴とする請
求項１の摩擦接合装置。 - 【請求項４】 ツール本体の先端部にそれよりも径小な
ピンを設け、上記ツール本体の先端面における上記ピン
取付部の周辺をショルダとして構成した接合ツールを用
い、被接合部材の接合部に上記ピンを回転させながら挿
入すると共に、上記ショルダを上記接合部表面に接触さ
せながら上記被接合部材と上記接合ツールとを相対移動
させ、上記ツールの回転による摩擦熱によって上記接合
部及びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑性流
動を生ぜしめることにより接合を行う摩擦接合方法にお
いて、上記接合ツールを付勢力が略一定になるように上
記被接合部材に対して押圧、接触させることを特徴とす
る摩擦接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32288598A JP3261431B2 (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 摩擦接合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32288598A JP3261431B2 (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 摩擦接合装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000135577A true JP2000135577A (ja) | 2000-05-16 |
| JP3261431B2 JP3261431B2 (ja) | 2002-03-04 |
Family
ID=18148713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32288598A Expired - Lifetime JP3261431B2 (ja) | 1998-10-27 | 1998-10-27 | 摩擦接合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3261431B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1236533A1 (en) * | 2001-02-14 | 2002-09-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Friction stir welding method and apparatus therefore |
| WO2002078894A1 (en) * | 2001-03-29 | 2002-10-10 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Machining control method, machining control device, computer program for executing the method, and information storage medium having the computer program stored therein |
| EP1287940A2 (en) * | 2001-08-24 | 2003-03-05 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method of a rim with a plate |
| EP1410870A1 (en) * | 2002-10-18 | 2004-04-21 | Hitachi, Ltd. | Apparatus and method for frictional stirring welding with compensating member |
| WO2009015789A1 (de) | 2007-07-27 | 2009-02-05 | Matec Maschinenbau Gmbh | Numerisch gesteuerte werkzeugmaschine |
| WO2016005794A1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | Esab Ab | Floating fixture for friction stir welding |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6040352B2 (ja) * | 2011-03-29 | 2016-12-07 | 学校法人近畿大学 | 摩擦攪拌加工装置及び摩擦攪拌加工方法 |
-
1998
- 1998-10-27 JP JP32288598A patent/JP3261431B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1236533A1 (en) * | 2001-02-14 | 2002-09-04 | Nissan Motor Co., Ltd. | Friction stir welding method and apparatus therefore |
| WO2002078894A1 (en) * | 2001-03-29 | 2002-10-10 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha | Machining control method, machining control device, computer program for executing the method, and information storage medium having the computer program stored therein |
| US7455210B2 (en) | 2001-03-29 | 2008-11-25 | Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaishi | Processing operation control method, processing operation controller, computer program for carrying out the method, information storage medium storing the computer program |
| EP1287940A2 (en) * | 2001-08-24 | 2003-03-05 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method of a rim with a plate |
| EP1287940A3 (en) * | 2001-08-24 | 2003-05-07 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method of a rim with a plate |
| US6779705B2 (en) | 2001-08-24 | 2004-08-24 | Hitachi, Ltd. | Friction stir welding method |
| AU784951B2 (en) * | 2001-08-24 | 2006-08-10 | Hitachi Limited | Friction stir welding method |
| EP1410870A1 (en) * | 2002-10-18 | 2004-04-21 | Hitachi, Ltd. | Apparatus and method for frictional stirring welding with compensating member |
| US6874672B2 (en) | 2002-10-18 | 2005-04-05 | Hitachi, Ltd. | Apparatus and method for frictional stirring weld |
| WO2009015789A1 (de) | 2007-07-27 | 2009-02-05 | Matec Maschinenbau Gmbh | Numerisch gesteuerte werkzeugmaschine |
| WO2016005794A1 (en) * | 2014-07-10 | 2016-01-14 | Esab Ab | Floating fixture for friction stir welding |
| CN106536129A (zh) * | 2014-07-10 | 2017-03-22 | 依赛彼公司 | 用于摩擦搅拌焊接的浮动夹具 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3261431B2 (ja) | 2002-03-04 |
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