JP2000176657A - 摩擦撹拌接合方法 - Google Patents
摩擦撹拌接合方法Info
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- 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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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ローラで支持した被接合材を搬送する方式に
よる摩擦撹拌接合方法として、裏面側の平坦度が高い接
合品を確実に得る手段を提供する。 【解決手段】 上面が平坦な接合受け部２を備えた被接
合材キャリヤ１に、被接合材６，６を接合部６ａが接合
受け部２上に位置するように載せ、キャリヤ１をローラ
で支持して一方向へ搬送しつつ、定位置に配備した摩擦
撹拌接合ツール８の加工ヘッド９にて摩擦撹拌接合を行
う。
よる摩擦撹拌接合方法として、裏面側の平坦度が高い接
合品を確実に得る手段を提供する。 【解決手段】 上面が平坦な接合受け部２を備えた被接
合材キャリヤ１に、被接合材６，６を接合部６ａが接合
受け部２上に位置するように載せ、キャリヤ１をローラ
で支持して一方向へ搬送しつつ、定位置に配備した摩擦
撹拌接合ツール８の加工ヘッド９にて摩擦撹拌接合を行
う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、被接合材を搬送
しつつ、定位置に配備された摩擦撹拌接合ツールの回転
する加工ヘッドを被接合材同士の接合部に沿って埋入さ
せて被接合材同士を接合一体化する摩擦撹拌接合方法に
関する。
しつつ、定位置に配備された摩擦撹拌接合ツールの回転
する加工ヘッドを被接合材同士の接合部に沿って埋入さ
せて被接合材同士を接合一体化する摩擦撹拌接合方法に
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、摩擦撹拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏ
ｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）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。
新しい接合手段として、摩擦撹拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏ
ｎ Ｓｔｉｒ Ｗｅｌｄｉｎｇ）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、金属板同士の突き合わせ接合線に
沿って前記プローブを上記埋入状態で相対移動させる
と、プローブの前方側で塑性流動した両金属板の素材が
撹拌混練されながら該プローブの後方側へ漸次移行し、
後方側で摩擦熱を失って急速に冷却固化するから、両金
属板は素材同士が混じり合って完全に一体化した状態で
接合されることになる。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
疇に入り、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、且つ凝固収縮に伴う
応力の発生もないから、接合部近傍の熱歪みによる変形
や割れを生じにくいという利点がある。
沿って前記プローブを上記埋入状態で相対移動させる
と、プローブの前方側で塑性流動した両金属板の素材が
撹拌混練されながら該プローブの後方側へ漸次移行し、
後方側で摩擦熱を失って急速に冷却固化するから、両金
属板は素材同士が混じり合って完全に一体化した状態で
接合されることになる。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
疇に入り、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、且つ凝固収縮に伴う
応力の発生もないから、接合部近傍の熱歪みによる変形
や割れを生じにくいという利点がある。
【０００４】ところで、従来の摩擦撹拌接合には、被接
合材を加工テーブル等に固定し、摩擦撹拌接合ツールの
前記プローブを備えた加工ヘッドを接合線に沿って移動
させて接合する方式と、逆に被接合材を送りローラで支
持するとともに該送りローラを介して送りつつ、定位置
に配置した同加工ヘッドにて接合する方式とが採用され
ている。
合材を加工テーブル等に固定し、摩擦撹拌接合ツールの
前記プローブを備えた加工ヘッドを接合線に沿って移動
させて接合する方式と、逆に被接合材を送りローラで支
持するとともに該送りローラを介して送りつつ、定位置
に配置した同加工ヘッドにて接合する方式とが採用され
ている。
【０００５】しかるに、前者の加工ヘッドを移動させる
方式では、一回の移動による接合長さが加工ヘッドの移
動ストロークの範囲内となるため、加工対象とする被接
合材の長さに制約がある。これに対し、後者の被接合材
を送る方式では、被接合材の長さに制約がないので押出
型材等の長尺品の接合に有利である。
方式では、一回の移動による接合長さが加工ヘッドの移
動ストロークの範囲内となるため、加工対象とする被接
合材の長さに制約がある。これに対し、後者の被接合材
を送る方式では、被接合材の長さに制約がないので押出
型材等の長尺品の接合に有利である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来に
おける被接合材を送る方式の摩擦撹拌接合では、加工ヘ
ッドによる接合位置の下方に下側の送りロールを配置
し、この送りロールによって加工ヘッドの押圧力を受け
るようにしているが、接合位置で塑性流動化した被接合
材の素材に該送りローラの表面が線接触することから、
接合部の裏面側は通常約０．２ｍｍ程度の膨出状態にな
る上、該送りローラの回転中の振れ等による凹凸を生じ
ると共に、ロール表面に生じた傷や凹凸が転写され、得
られる接合品の裏面側の平坦度が悪化するという問題が
あった。
おける被接合材を送る方式の摩擦撹拌接合では、加工ヘ
ッドによる接合位置の下方に下側の送りロールを配置
し、この送りロールによって加工ヘッドの押圧力を受け
るようにしているが、接合位置で塑性流動化した被接合
材の素材に該送りローラの表面が線接触することから、
接合部の裏面側は通常約０．２ｍｍ程度の膨出状態にな
る上、該送りローラの回転中の振れ等による凹凸を生じ
ると共に、ロール表面に生じた傷や凹凸が転写され、得
られる接合品の裏面側の平坦度が悪化するという問題が
あった。
【０００７】この発明は、上述の事情に鑑みて、被接合
材を搬送する方式による摩擦撹拌接合方法として、裏面
側の平坦度が高い接合品を確実に得る手段を提供するこ
とを目的としている。
材を搬送する方式による摩擦撹拌接合方法として、裏面
側の平坦度が高い接合品を確実に得る手段を提供するこ
とを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る摩擦撹拌接合方法は、ローラで支持
した被接合材を一方向へ送りつつ、定位置に配備された
摩擦撹拌接合ツールの回転する加工ヘッドを被接合材同
士の接合部に沿って埋入させて被接合材同士を接合一体
化する摩擦撹拌接合方法において、上面が平坦な接合受
け部を備えた被接合材キャリヤに、被接合材を接合部が
前記接合受け部上に位置するように載せ、このキャリヤ
を前記ローラで支持して前記一方向へ搬送しつつ摩擦撹
拌接合を行うことを特徴とするものである。
に、請求項１に係る摩擦撹拌接合方法は、ローラで支持
した被接合材を一方向へ送りつつ、定位置に配備された
摩擦撹拌接合ツールの回転する加工ヘッドを被接合材同
士の接合部に沿って埋入させて被接合材同士を接合一体
化する摩擦撹拌接合方法において、上面が平坦な接合受
け部を備えた被接合材キャリヤに、被接合材を接合部が
前記接合受け部上に位置するように載せ、このキャリヤ
を前記ローラで支持して前記一方向へ搬送しつつ摩擦撹
拌接合を行うことを特徴とするものである。
【０００９】この請求項１の摩擦撹拌接合法によれば、
加工ヘッドによる接合位置で塑性流動化した被接合材の
素材は、裏面側において常に被接合材キャリヤの接合受
け部の平坦な上面と面接触することになるため、接合部
の裏面側が膨出状態となったり凹凸を生じることがな
い。
加工ヘッドによる接合位置で塑性流動化した被接合材の
素材は、裏面側において常に被接合材キャリヤの接合受
け部の平坦な上面と面接触することになるため、接合部
の裏面側が膨出状態となったり凹凸を生じることがな
い。
【００１０】請求項２の発明は、上記請求項１の摩擦撹
拌接合法において、前記被接合材キャリヤと前記ローラ
の一方に設けられたガイド突起と、他方に設けられたガ
イド溝との嵌合により、該キャリヤの搬送中の左右方向
変位を阻止するものとしている。この場合、搬送路上に
おける被接合材キャリヤの左右方向位置が一定になるた
め、このキャリヤに載置した被接合材の接合線が加工ヘ
ッドによる接合位置を通過するように自動的に位置決め
される。
拌接合法において、前記被接合材キャリヤと前記ローラ
の一方に設けられたガイド突起と、他方に設けられたガ
イド溝との嵌合により、該キャリヤの搬送中の左右方向
変位を阻止するものとしている。この場合、搬送路上に
おける被接合材キャリヤの左右方向位置が一定になるた
め、このキャリヤに載置した被接合材の接合線が加工ヘ
ッドによる接合位置を通過するように自動的に位置決め
される。
【００１１】請求項３の発明は、前記請求項１又は２の
摩擦撹拌接合法において、前記被接合材キャリヤが搬送
方向に沿うラックを備えると共に、前記ローラが前記ラ
ックに噛合するピニオンとして構成され、このピニオン
の回転駆動によって該キャリヤを搬送するものとしてい
る。この構成では、被接合材キャリヤが搬送路上で前記
ラックとピニオンとの噛合によって一定速度で確実に搬
送されることになる。これに対し、ラックとピニオンに
よらない単なるローラでの搬送の場合には、加工ヘッド
の押接に伴う負荷等によってキャリヤとローラの周面と
の間で滑りを生じて搬送速度が変化する可能性がある。
摩擦撹拌接合法において、前記被接合材キャリヤが搬送
方向に沿うラックを備えると共に、前記ローラが前記ラ
ックに噛合するピニオンとして構成され、このピニオン
の回転駆動によって該キャリヤを搬送するものとしてい
る。この構成では、被接合材キャリヤが搬送路上で前記
ラックとピニオンとの噛合によって一定速度で確実に搬
送されることになる。これに対し、ラックとピニオンに
よらない単なるローラでの搬送の場合には、加工ヘッド
の押接に伴う負荷等によってキャリヤとローラの周面と
の間で滑りを生じて搬送速度が変化する可能性がある。
【００１２】請求項４の発明は、上記請求項３の摩擦撹
拌接合方法において、被接合材が高強度金属材料からな
るものとしている。この高強度金属材料からなる被接合
材を摩擦撹拌接合する場合、加工ヘッドの押接力を大き
くする必要があるため、単なるロールによる搬送では被
接合材キャリヤがローラの周面との間に滑りを生じて搬
送困難になるが、この請求項４の構成では前記のラック
とピニオンとの噛合によって該キャリヤを強制的に一定
速度で搬送できる。
拌接合方法において、被接合材が高強度金属材料からな
るものとしている。この高強度金属材料からなる被接合
材を摩擦撹拌接合する場合、加工ヘッドの押接力を大き
くする必要があるため、単なるロールによる搬送では被
接合材キャリヤがローラの周面との間に滑りを生じて搬
送困難になるが、この請求項４の構成では前記のラック
とピニオンとの噛合によって該キャリヤを強制的に一定
速度で搬送できる。
【００１３】請求項５の発明は、上記請求項１〜４のい
ずれかの摩擦撹拌接合方法において、前記被接合材キャ
リヤが、互いに遠近方向に変位可能な左右一対の側枠部
を有し、該キャリヤ上に載せた被接合材を両側枠部にて
左右から挟み付けて拘束するように構成している。この
場合、被接合材の幅に違いがあっても当該被接合材をキ
ャリヤ上で位置ずれのない安定姿勢に保持できると共
に、従来の被接合材の送りによる摩擦撹拌接合において
搬送路側に設ける必要があった幅寄せ機構が不要とな
る。
ずれかの摩擦撹拌接合方法において、前記被接合材キャ
リヤが、互いに遠近方向に変位可能な左右一対の側枠部
を有し、該キャリヤ上に載せた被接合材を両側枠部にて
左右から挟み付けて拘束するように構成している。この
場合、被接合材の幅に違いがあっても当該被接合材をキ
ャリヤ上で位置ずれのない安定姿勢に保持できると共
に、従来の被接合材の送りによる摩擦撹拌接合において
搬送路側に設ける必要があった幅寄せ機構が不要とな
る。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施例を図面を
参照して具体的に説明する。図１は第一実施例の摩擦撹
拌接合法に用いる被接合材キャリヤ、図２（Ａ）（Ｂ）
は第一実施例の摩擦撹拌接合法、図３（Ａ）（Ｂ）は第
二実施例の摩擦撹拌接合法、をそれぞれを示す。
参照して具体的に説明する。図１は第一実施例の摩擦撹
拌接合法に用いる被接合材キャリヤ、図２（Ａ）（Ｂ）
は第一実施例の摩擦撹拌接合法、図３（Ａ）（Ｂ）は第
二実施例の摩擦撹拌接合法、をそれぞれを示す。
【００１５】図１に示す被接合材キャリヤ（１Ａ）は、
中央に配置した前後方向に沿う角筒状の接合受け部
（２）と、同じく前後方向に沿う略角筒状で外縁に突縁
部（３ａ）を有する左右一対の側枠部（３）（３）と
が、前後方向一定間隔置きに配置したスクリュー軸
（４）…を介して連結した枠体からなる。しかして、各
スクリュー軸（４）は、貫通した接合受け部（２）を両
側からナット（５ａ）（５ａ）にて挟んで締め付けるこ
とにより、当該接合受け部（２）に固定状態に保持され
ると共に、両側枠部（３）（３）を貫通して外端側にナ
ット（５ｂ）を螺着することにより、これら側枠部
（３）（３）を左右方向移動可能で且つナット（５ｂ）
にて外側位置を規制するように保持している。また、接
合受け部（２）と両側枠部（３）（３）の上面は同一高
さに設定されている。
中央に配置した前後方向に沿う角筒状の接合受け部
（２）と、同じく前後方向に沿う略角筒状で外縁に突縁
部（３ａ）を有する左右一対の側枠部（３）（３）と
が、前後方向一定間隔置きに配置したスクリュー軸
（４）…を介して連結した枠体からなる。しかして、各
スクリュー軸（４）は、貫通した接合受け部（２）を両
側からナット（５ａ）（５ａ）にて挟んで締め付けるこ
とにより、当該接合受け部（２）に固定状態に保持され
ると共に、両側枠部（３）（３）を貫通して外端側にナ
ット（５ｂ）を螺着することにより、これら側枠部
（３）（３）を左右方向移動可能で且つナット（５ｂ）
にて外側位置を規制するように保持している。また、接
合受け部（２）と両側枠部（３）（３）の上面は同一高
さに設定されている。
【００１６】上記構成の被接合材キャリヤ（１Ａ）は、
図２（イ）に示すように、接合受け部（２）と両側枠部
（３）（３）との間にわたり、２枚一組の略板状の被接
合材（６）（６）を接合すべき側縁同士が接合受け部
（２）の中央線（Ｌ）（図１参照）上で突き合わされる
ように載置し、ナット（５ｂ）…を締め付けることによ
り、両側枠部（３）（３）の突縁部（３ａ）（３ａ）に
て両被接合材（６）（６）を左右から挟み付けて拘束
し、位置ずれのない定姿勢で保持できるようになってい
る。
図２（イ）に示すように、接合受け部（２）と両側枠部
（３）（３）との間にわたり、２枚一組の略板状の被接
合材（６）（６）を接合すべき側縁同士が接合受け部
（２）の中央線（Ｌ）（図１参照）上で突き合わされる
ように載置し、ナット（５ｂ）…を締め付けることによ
り、両側枠部（３）（３）の突縁部（３ａ）（３ａ）に
て両被接合材（６）（６）を左右から挟み付けて拘束
し、位置ずれのない定姿勢で保持できるようになってい
る。
【００１７】第一実施例の摩擦撹拌接合方法では、図２
（イ）（ロ）に示すように、接合すべき一組の被接合材
（６）（６）を上記の如く拘束状態で載置した被接合材
キャリヤ（１Ａ）を搬送路（７Ａ）の送りローラ（10）
…上に載せて搬送しつつ、この搬送路（７Ａ）の定位置
上方に配備した摩擦撹拌接合ツール（８）の加工ヘッド
（９）によって両被接合材（６）（６）を接合一体化す
る。なお、例示した被接合材（６）（６）は、アルミニ
ウム合金等よりなる同一断面形状の押出型材であり、接
合側の側縁部（６ａ）が厚肉に形成され、長手方向に連
続するリブ（６ｂ）を有している。
（イ）（ロ）に示すように、接合すべき一組の被接合材
（６）（６）を上記の如く拘束状態で載置した被接合材
キャリヤ（１Ａ）を搬送路（７Ａ）の送りローラ（10）
…上に載せて搬送しつつ、この搬送路（７Ａ）の定位置
上方に配備した摩擦撹拌接合ツール（８）の加工ヘッド
（９）によって両被接合材（６）（６）を接合一体化す
る。なお、例示した被接合材（６）（６）は、アルミニ
ウム合金等よりなる同一断面形状の押出型材であり、接
合側の側縁部（６ａ）が厚肉に形成され、長手方向に連
続するリブ（６ｂ）を有している。
【００１８】しかして、搬送路（７Ａ）の下側に配置す
る各送りローラ（10）は、中央部に周方向に沿う一対の
フランジ部（11）（11）が設けてあり、被接合材キャリ
ヤ（１Ａ）の接合受け部（２）をガイド突起として、両
フランジ部（11）（11）間のガイド溝（11ａ）に嵌合す
るようになされている。従って、この凹凸嵌合によっ
て、キャリヤ（１Ａ）は左右方向変位が阻止された状態
で前方へ搬送され、これによって載置した両被接合材
（６）（６）の突き合わせ接合線が加工ヘッド（９）に
よる接合位置を通るように自動的に位置決めされる。
る各送りローラ（10）は、中央部に周方向に沿う一対の
フランジ部（11）（11）が設けてあり、被接合材キャリ
ヤ（１Ａ）の接合受け部（２）をガイド突起として、両
フランジ部（11）（11）間のガイド溝（11ａ）に嵌合す
るようになされている。従って、この凹凸嵌合によっ
て、キャリヤ（１Ａ）は左右方向変位が阻止された状態
で前方へ搬送され、これによって載置した両被接合材
（６）（６）の突き合わせ接合線が加工ヘッド（９）に
よる接合位置を通るように自動的に位置決めされる。
【００１９】摩擦撹拌接合を行うには、上昇位置にある
加工ヘッド（９）の直下にキャリヤ（１Ａ）に載置した
両被接合材（６）（６）の突き合わせ接合線の前端部が
位置する状態において、該加工ヘッド（９）を高速回転
させつつ降下させ、その先端に同軸状に突設されたプロ
ーブ（９ａ）を両被接合材（６）（６）の突き合わせ部
に埋入させ、この埋入状態で送りローラ（10）…を回転
駆動させてキャリヤ（１Ａ）を前方へ一定速度で搬送す
る。なお、キャリヤ（１Ａ）の搬送駆動は、必ずしも送
りローラ（10）によらなくても良い。
加工ヘッド（９）の直下にキャリヤ（１Ａ）に載置した
両被接合材（６）（６）の突き合わせ接合線の前端部が
位置する状態において、該加工ヘッド（９）を高速回転
させつつ降下させ、その先端に同軸状に突設されたプロ
ーブ（９ａ）を両被接合材（６）（６）の突き合わせ部
に埋入させ、この埋入状態で送りローラ（10）…を回転
駆動させてキャリヤ（１Ａ）を前方へ一定速度で搬送す
る。なお、キャリヤ（１Ａ）の搬送駆動は、必ずしも送
りローラ（10）によらなくても良い。
【００２０】上記キャリヤ（１Ａ）の搬送に伴い、埋入
したプローブ（９ａ）による接合位置では、被接合材
（６）（６）の素材が既述のように摩擦熱と圧力によっ
て塑性流動化し、撹拌混合されてプローブ（９ａ）の進
行後方側で冷却固化し、もって両被接合材（６）（６）
が完全に接合一体化してゆく。このとき、接合部の下面
側はキャリヤ（１Ａ）の接合受け部（２）の平坦な上面
に接しているから、塑性流動化した素材が被接合材
（６）（６）の下面から膨出することはなく、裏面の平
坦度に優れた接合品が得られる。
したプローブ（９ａ）による接合位置では、被接合材
（６）（６）の素材が既述のように摩擦熱と圧力によっ
て塑性流動化し、撹拌混合されてプローブ（９ａ）の進
行後方側で冷却固化し、もって両被接合材（６）（６）
が完全に接合一体化してゆく。このとき、接合部の下面
側はキャリヤ（１Ａ）の接合受け部（２）の平坦な上面
に接しているから、塑性流動化した素材が被接合材
（６）（６）の下面から膨出することはなく、裏面の平
坦度に優れた接合品が得られる。
【００２１】図３（イ）（ロ）に示す第二実施例の摩擦
撹拌接合方法では、被接合材キャリヤ（１Ｂ）は、第一
実施例のキャリヤ（１Ａ）と同様に中央の接合受け部
（２）と左右一対の側枠部（３）（３）とがスクリュー
軸（４）…を介して連結した枠体からなるが、接合受け
部（２）の下面側がラック（12）を構成している。また
左右方向中央に配置したローラがピニオン（13）として
構成されるとともに、左右両側にはガイドローラ（14）
…が配置されており、ピニオン（13）の両側には鍔（13
ａ）（13ａ）が設けてある。そして、この搬送路（７
Ｂ）に前記キャリヤ（１Ｂ）を搬入する際、その接合受
け部（ガイド突起）（２）を鍔（13ａ）（13ａ）間のガ
イド溝（13ｂ）に嵌合させることにより、該接合受け部
（２）のラック（12）とピニオン（13）が噛合すると共
に、側枠部（３）（３）が支持ローラ（14）（14）…上
にて載るように構成されている。
撹拌接合方法では、被接合材キャリヤ（１Ｂ）は、第一
実施例のキャリヤ（１Ａ）と同様に中央の接合受け部
（２）と左右一対の側枠部（３）（３）とがスクリュー
軸（４）…を介して連結した枠体からなるが、接合受け
部（２）の下面側がラック（12）を構成している。また
左右方向中央に配置したローラがピニオン（13）として
構成されるとともに、左右両側にはガイドローラ（14）
…が配置されており、ピニオン（13）の両側には鍔（13
ａ）（13ａ）が設けてある。そして、この搬送路（７
Ｂ）に前記キャリヤ（１Ｂ）を搬入する際、その接合受
け部（ガイド突起）（２）を鍔（13ａ）（13ａ）間のガ
イド溝（13ｂ）に嵌合させることにより、該接合受け部
（２）のラック（12）とピニオン（13）が噛合すると共
に、側枠部（３）（３）が支持ローラ（14）（14）…上
にて載るように構成されている。
【００２２】この第二実施例の摩擦撹拌接合において
は、前記第一実施例と同様に、キャリヤ（１Ｂ）上に２
枚一組の被接合材（６）（６）を拘束状態で載置し、こ
のキャリヤ（１Ｂ）を搬送路（７Ｂ）にて搬送しつつ、
定位置に配備した摩擦撹拌接合ツール（８）の加工ヘッ
ド（９）によって両被接合材（６）（６）を接合一体化
するが、キャリヤ（１Ｂ）の搬送は接合受け部（２）の
ラック（12）に噛合したピニオン（13）の回転駆動によ
って行われる。
は、前記第一実施例と同様に、キャリヤ（１Ｂ）上に２
枚一組の被接合材（６）（６）を拘束状態で載置し、こ
のキャリヤ（１Ｂ）を搬送路（７Ｂ）にて搬送しつつ、
定位置に配備した摩擦撹拌接合ツール（８）の加工ヘッ
ド（９）によって両被接合材（６）（６）を接合一体化
するが、キャリヤ（１Ｂ）の搬送は接合受け部（２）の
ラック（12）に噛合したピニオン（13）の回転駆動によ
って行われる。
【００２３】しかして、キャリヤ（１Ｂ）の接合受け部
（２）とピニオン（１３）のガイド溝（13ｂ）との嵌合
により、第一実施例と同様に該キャリヤ（１Ｂ）は左右
方向変位が阻止された状態で前方へ搬送される。また、
得られる接合品は、第一実施例と同様に、接合部の下面
側がキャリヤ（１Ｂ）の接合受け部（２）の平坦な上面
に接した状態で摩擦撹拌接合されるから、裏面の平坦度
に優れたものとなる。しかも、この方法によれば、被接
合材キャリヤ（１Ｂ）は、周面が平坦な単なるローラに
よる搬送の場合に懸念されるような送りローラとの間の
滑りによる搬送速度の変化を生じることがなく、加工ヘ
ッド（９）の押圧力が大きい場合でも一定速度で確実に
搬送される。
（２）とピニオン（１３）のガイド溝（13ｂ）との嵌合
により、第一実施例と同様に該キャリヤ（１Ｂ）は左右
方向変位が阻止された状態で前方へ搬送される。また、
得られる接合品は、第一実施例と同様に、接合部の下面
側がキャリヤ（１Ｂ）の接合受け部（２）の平坦な上面
に接した状態で摩擦撹拌接合されるから、裏面の平坦度
に優れたものとなる。しかも、この方法によれば、被接
合材キャリヤ（１Ｂ）は、周面が平坦な単なるローラに
よる搬送の場合に懸念されるような送りローラとの間の
滑りによる搬送速度の変化を生じることがなく、加工ヘ
ッド（９）の押圧力が大きい場合でも一定速度で確実に
搬送される。
【００２４】従って、この第二実施例の方法は、被接合
材（６）が高硬度金属材料からなる場合、例えばアルミ
ニウム合金では５０００系や７０００系等の高硬度合金
である場合に、特に好適な摩擦撹拌接合手段となる。す
なわち、高硬度金属材料の摩擦撹拌接合では、材料の変
形抵抗が大きいために加工ヘッド（９）の押圧力を大き
く設定する必要があり、ロール搬送では加工ヘッド
（９）の押圧に伴う搬送負荷によってキャリヤとロール
周面との間に滑りを生じて搬送困難になるが、前記のよ
うにラック（12）とピニオン（13）との噛合によって強
制送りすれば、一定速度で安定した摩擦撹拌接合を行え
る。なお、被接合材（６）が変形抵抗の小さい通常の金
属材料、例えばアルミニウム合金では６０００系等の場
合には、前記第一実施例の如きロール搬送にて支障なく
摩擦撹拌接合を行える。
材（６）が高硬度金属材料からなる場合、例えばアルミ
ニウム合金では５０００系や７０００系等の高硬度合金
である場合に、特に好適な摩擦撹拌接合手段となる。す
なわち、高硬度金属材料の摩擦撹拌接合では、材料の変
形抵抗が大きいために加工ヘッド（９）の押圧力を大き
く設定する必要があり、ロール搬送では加工ヘッド
（９）の押圧に伴う搬送負荷によってキャリヤとロール
周面との間に滑りを生じて搬送困難になるが、前記のよ
うにラック（12）とピニオン（13）との噛合によって強
制送りすれば、一定速度で安定した摩擦撹拌接合を行え
る。なお、被接合材（６）が変形抵抗の小さい通常の金
属材料、例えばアルミニウム合金では６０００系等の場
合には、前記第一実施例の如きロール搬送にて支障なく
摩擦撹拌接合を行える。
【００２５】一方、前記の第一実施例や第二実施例のよ
うに、被接合材キャリヤ（１Ａ）（１Ｂ）が載置した被
接合材（６）（６）を両側から挟み付ける機能を有する
ものとすれば、従来の摩擦撹拌接合において必要として
いた被接合材の幅寄せ機構が不要になることから、摩擦
撹拌接合装置の設備構成が簡略化し、それだけ設備コス
トひいては加工コストを低減できるという利点がある。
うに、被接合材キャリヤ（１Ａ）（１Ｂ）が載置した被
接合材（６）（６）を両側から挟み付ける機能を有する
ものとすれば、従来の摩擦撹拌接合において必要として
いた被接合材の幅寄せ機構が不要になることから、摩擦
撹拌接合装置の設備構成が簡略化し、それだけ設備コス
トひいては加工コストを低減できるという利点がある。
【００２６】このような被接合材キャリヤにおける被接
合材の挟み付け手段としては、第一及び第二実施例で例
示した以外の種々の機構を採用できる。例えば、接合す
べき一組の被接合材が同幅である場合に専用のキャリヤ
では、接合受け部（２）に両側枠部（３）（３）を左右
が逆ねじである一本のスクリュー軸と複数本のガイドバ
ーを介して支持させ、接合受け部（２）に回転のみ可能
に保持させた該スクリュー軸の左右部を側枠部（３）
（３）に螺挿し、該スクリュー軸（４）の捻回操作によ
って両側枠部（３）（３）が同時に内向き又は外向きに
変位する構成としてもよい。ただし、第一及び第二実施
例で用いるキャリヤ（１Ａ）（１Ｂ）ような構成では、
左右の側枠部（３）（３）を個別に内外方向（左右方
向）に変位できるため、接合すべき一組の被接合材が互
いに異なる幅を有する場合にも対応できるという利点が
ある。
合材の挟み付け手段としては、第一及び第二実施例で例
示した以外の種々の機構を採用できる。例えば、接合す
べき一組の被接合材が同幅である場合に専用のキャリヤ
では、接合受け部（２）に両側枠部（３）（３）を左右
が逆ねじである一本のスクリュー軸と複数本のガイドバ
ーを介して支持させ、接合受け部（２）に回転のみ可能
に保持させた該スクリュー軸の左右部を側枠部（３）
（３）に螺挿し、該スクリュー軸（４）の捻回操作によ
って両側枠部（３）（３）が同時に内向き又は外向きに
変位する構成としてもよい。ただし、第一及び第二実施
例で用いるキャリヤ（１Ａ）（１Ｂ）ような構成では、
左右の側枠部（３）（３）を個別に内外方向（左右方
向）に変位できるため、接合すべき一組の被接合材が互
いに異なる幅を有する場合にも対応できるという利点が
ある。
【００２７】更に、前記実施例では、被接合材キャリヤ
（１Ａ）（１Ｂ）の接合受け部（３）をガイド突起、第
一実施例の送りローラ（10）側ならびに第二実施例のピ
ニオン（13）側をガイド溝としているが、該キャリヤの
搬送中の左右方向変位を阻止する上で、逆にローラ側に
ガイド突起を設け、キャリヤ側に該ガイド突起が嵌合さ
れるガイド溝を設ける構成や、キャリヤに接合受け部
（３）とは別個にガイド突起やガイド溝を設け、このガ
イド突起やガイド溝がローラ側のガイド溝やガイド突起
と嵌合する構成等も採用可能である。
（１Ａ）（１Ｂ）の接合受け部（３）をガイド突起、第
一実施例の送りローラ（10）側ならびに第二実施例のピ
ニオン（13）側をガイド溝としているが、該キャリヤの
搬送中の左右方向変位を阻止する上で、逆にローラ側に
ガイド突起を設け、キャリヤ側に該ガイド突起が嵌合さ
れるガイド溝を設ける構成や、キャリヤに接合受け部
（３）とは別個にガイド突起やガイド溝を設け、このガ
イド突起やガイド溝がローラ側のガイド溝やガイド突起
と嵌合する構成等も採用可能である。
【００２８】なお、被接合材キャリヤの搬送路には、該
キャリヤに載せた被接合材の上面に接して転動する押さ
えローラや送りローラを設けてもよい。更に、前記第一
及び第二実施例では略平板状の被接合材（６）（６）を
突き合わせた側縁部で接合する場合を例示したが、この
発明の摩擦撹拌接合法は、中空部を有するものや枠状の
もの等、様々な形態の被接合材同士の接合に適用できる
と共に、突き合わせ部の接合に限らず、重ね合わせ部や
嵌合部等の他の組み合わせ構造部の接合にも適用可能で
ある。
キャリヤに載せた被接合材の上面に接して転動する押さ
えローラや送りローラを設けてもよい。更に、前記第一
及び第二実施例では略平板状の被接合材（６）（６）を
突き合わせた側縁部で接合する場合を例示したが、この
発明の摩擦撹拌接合法は、中空部を有するものや枠状の
もの等、様々な形態の被接合材同士の接合に適用できる
と共に、突き合わせ部の接合に限らず、重ね合わせ部や
嵌合部等の他の組み合わせ構造部の接合にも適用可能で
ある。
【００２９】
【発明の効果】請求項１の発明によれば、ローラで支持
した被接合材を搬送しつつ、定位置に配備された摩擦撹
拌接合ツールの回転する加工ヘッドを被接合材同士の接
合部に沿って埋入させて被接合材同士を接合一体化する
摩擦撹拌接合方法として、加工ヘッドによる接合部が裏
面側において常に被接合材キャリヤの接合受け部の平坦
な上面と面接触し、もって接合部の裏面側が膨出状態と
なったり凹凸を生じることがなく、裏面側の平坦度が高
い接合品を確実に得る方法が提供される。
した被接合材を搬送しつつ、定位置に配備された摩擦撹
拌接合ツールの回転する加工ヘッドを被接合材同士の接
合部に沿って埋入させて被接合材同士を接合一体化する
摩擦撹拌接合方法として、加工ヘッドによる接合部が裏
面側において常に被接合材キャリヤの接合受け部の平坦
な上面と面接触し、もって接合部の裏面側が膨出状態と
なったり凹凸を生じることがなく、裏面側の平坦度が高
い接合品を確実に得る方法が提供される。
【００３０】請求項２の発明によれば、上記の摩擦撹拌
接合法において、被接合材キャリヤの搬送中の左右方向
変位が、ガイド突起とガイド溝との嵌合によって阻止さ
れるため、このキャリヤに載置した被接合材の接合線が
加工ヘッドによる接合位置を通過するように自動的に位
置決めされ、前記接合線の位置ずれによる接合不良が確
実に防止されるという利点がある。
接合法において、被接合材キャリヤの搬送中の左右方向
変位が、ガイド突起とガイド溝との嵌合によって阻止さ
れるため、このキャリヤに載置した被接合材の接合線が
加工ヘッドによる接合位置を通過するように自動的に位
置決めされ、前記接合線の位置ずれによる接合不良が確
実に防止されるという利点がある。
【００３１】請求項３の発明によれば、上記の摩擦撹拌
接合法において、前記被接合材キャリヤがラックとピニ
オンの噛合によって強制的に搬送されることから、周面
が平坦なローラで搬送する場合のようにキャリヤとロー
ラ周面との間で滑りを生じて搬送速度が変化する懸念が
なく、搬送負荷が大きい場合でも一定速度で安定した摩
擦撹拌接合を行えるという利点がある。
接合法において、前記被接合材キャリヤがラックとピニ
オンの噛合によって強制的に搬送されることから、周面
が平坦なローラで搬送する場合のようにキャリヤとロー
ラ周面との間で滑りを生じて搬送速度が変化する懸念が
なく、搬送負荷が大きい場合でも一定速度で安定した摩
擦撹拌接合を行えるという利点がある。
【００３２】請求項４の発明によれば、上記の摩擦撹拌
接合方法において、被接合材が加工ヘッドの押接力を大
きくする必要がある高強度金属材料からなるにも関わら
ず、被接合材キャリヤをラックとピニオンの噛合によっ
て強制的に搬送することから、支障なく一定速度で安定
した摩擦撹拌接合を行えるという利点がある。
接合方法において、被接合材が加工ヘッドの押接力を大
きくする必要がある高強度金属材料からなるにも関わら
ず、被接合材キャリヤをラックとピニオンの噛合によっ
て強制的に搬送することから、支障なく一定速度で安定
した摩擦撹拌接合を行えるという利点がある。
【００３３】請求項５の発明によれば、上記の摩擦撹拌
接合方法において、被接合材キャリヤが載置した被接合
材を左右から挟み付けて拘束する機能を有するため、接
合対象とする接合材の幅に違いがあっても当該被接合材
をキャリヤ上で位置ずれのない安定姿勢に保持できると
共に、従来の被接合材の送りによる摩擦撹拌接合におい
て搬送路側に設ける必要があった幅寄せ機構が不要とな
り、摩擦撹拌接合装置の設備構成が簡略化し、それだけ
設備コストひいては加工コストを低減できるという利点
がある。
接合方法において、被接合材キャリヤが載置した被接合
材を左右から挟み付けて拘束する機能を有するため、接
合対象とする接合材の幅に違いがあっても当該被接合材
をキャリヤ上で位置ずれのない安定姿勢に保持できると
共に、従来の被接合材の送りによる摩擦撹拌接合におい
て搬送路側に設ける必要があった幅寄せ機構が不要とな
り、摩擦撹拌接合装置の設備構成が簡略化し、それだけ
設備コストひいては加工コストを低減できるという利点
がある。
【図１】この発明の第一実施例に係る摩擦撹拌接合方法
に用いる被接合材キャリヤの平面図である。
に用いる被接合材キャリヤの平面図である。
【図２】同第一実施例の摩擦撹拌接合方法を示し、
（イ）図は縦断正面図、（ロ）図は（イ）図のローロ線
の断面矢視図である。
（イ）図は縦断正面図、（ロ）図は（イ）図のローロ線
の断面矢視図である。
【図３】同第二実施例の摩擦撹拌接合方法を示し、
（イ）図は縦断正面図、（ロ）図は（イ）図のローロ線
の断面矢視図である。
（イ）図は縦断正面図、（ロ）図は（イ）図のローロ線
の断面矢視図である。
１Ａ，１Ｂ・・・・被接合材キャリヤ ２・・・・・・・・接合受け部（ガイド突起） ３・・・・・・・・側枠部 ３ａ・・・・・・・突縁部 ４・・・・・・・・スクリュー軸 ５ａ，５ｂ・・・・ナット ６・・・・・・・・被接合材 ６ａ・・・・・・・側縁部（接合部） ８・・・・・・・・摩擦撹拌接合ツール ９・・・・・・・・加工ヘッド ９ａ・・・・・・・プローブ １０・・・・・・・送りローラ １１ａ・・・・・・ガイド溝 １２・・・・・・・ラック １３・・・・・・・ピニオン（ローラ） １３ｂ・・・・・・ガイド溝
Claims (5)
- 【請求項１】 ローラで支持した被接合材を一方向へ送
りつつ、定位置に配備された摩擦撹拌接合ツールの回転
する加工ヘッドを被接合材同士の接合部に沿って埋入さ
せて被接合材同士を接合一体化する摩擦撹拌接合方法に
おいて、 上面が平坦な接合受け部を備えた被接合材キャリヤに、
被接合材を接合部が前記接合受け部上に位置するように
載せ、このキャリヤを前記ローラで支持して前記一方向
へ搬送しつつ摩擦撹拌接合を行うことを特徴とする摩擦
撹拌接合方法。 - 【請求項２】 前記被接合材キャリヤと前記ローラの一
方に設けられたガイド突起と、他方に設けられたガイド
溝との嵌合により、該キャリヤの搬送中の左右方向変位
を阻止する請求項１記載の摩擦撹拌接合方法。 - 【請求項３】 前記被接合材キャリヤが搬送方向に沿う
ラックを備えると共に、前記ローラが前記ラックに噛合
するピニオンとして構成され、このピニオンの回転駆動
によって該キャリヤを搬送する請求項１又は２に記載の
摩擦撹拌接合方法。 - 【請求項４】 被接合材が高強度金属材料からなる請求
項３記載の摩擦撹拌接合方法。 - 【請求項５】 前記被接合材キャリヤが、互いに遠近方
向に変位可能な左右一対の側枠部を有し、該キャリヤ上
に載せた被接合材を両側枠部にて左右から挟み付けて拘
束するように設定されてなる請求項１〜４のいずれかに
記載の摩擦撹拌接合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35463798A JP4262812B2 (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 摩擦撹拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35463798A JP4262812B2 (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 摩擦撹拌接合方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000176657A true JP2000176657A (ja) | 2000-06-27 |
| JP2000176657A5 JP2000176657A5 (ja) | 2006-02-02 |
| JP4262812B2 JP4262812B2 (ja) | 2009-05-13 |
Family
ID=18438903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35463798A Expired - Fee Related JP4262812B2 (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | 摩擦撹拌接合方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4262812B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002205177A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-23 | Showa Denko Kk | 摩擦撹拌接合法 |
| JP2005313227A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-11-10 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 摩擦撹拌接合装置 |
| JP2006150387A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法 |
| EP1793961A2 (en) * | 2004-09-28 | 2007-06-13 | Alcoa Inc. | Multi-shouldered fixed bobbin tools for simultaneous friction stir welding of multiple parallel walls between parts |
| US7793816B2 (en) | 2007-09-07 | 2010-09-14 | Alcoa Inc. | Friction stir welding apparatus |
| US7854362B2 (en) | 2008-03-14 | 2010-12-21 | Alcoa Inc. | Advanced multi-shouldered fixed bobbin tools for simultaneous friction stir welding of multiple parallel walls between parts |
| CN107138960A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-09-08 | 北京理工大学 | 用于改善复合材料加工质量的复合加工方法及加工工具 |
| CN108500445A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-07 | 贵州航天天马机电科技有限公司 | 一种用于筒体纵焊缝的搅拌摩擦固定焊工装及焊接方法 |
| WO2021003914A1 (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-14 | 江苏北人机器人系统股份有限公司 | 用于搅拌摩擦焊的夹具 |
-
1998
- 1998-12-14 JP JP35463798A patent/JP4262812B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002205177A (ja) * | 2000-12-28 | 2002-07-23 | Showa Denko Kk | 摩擦撹拌接合法 |
| JP4628774B2 (ja) * | 2004-03-31 | 2011-02-09 | 川崎重工業株式会社 | 摩擦撹拌接合装置 |
| JP2005313227A (ja) * | 2004-03-31 | 2005-11-10 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 摩擦撹拌接合装置 |
| EP1793961A2 (en) * | 2004-09-28 | 2007-06-13 | Alcoa Inc. | Multi-shouldered fixed bobbin tools for simultaneous friction stir welding of multiple parallel walls between parts |
| EP1793961A4 (en) * | 2004-09-28 | 2008-05-21 | Alcoa Inc | MULTILACTULATED SOLENOID TOOLS FOR SIMULTANEOUSLY REINFORCED WELDING OF SEVERAL PARALLEL WALLS BETWEEN PARTS |
| JP2006150387A (ja) * | 2004-11-26 | 2006-06-15 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法 |
| JP4625315B2 (ja) * | 2004-11-26 | 2011-02-02 | 三菱重工業株式会社 | 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法 |
| US7793816B2 (en) | 2007-09-07 | 2010-09-14 | Alcoa Inc. | Friction stir welding apparatus |
| US7854362B2 (en) | 2008-03-14 | 2010-12-21 | Alcoa Inc. | Advanced multi-shouldered fixed bobbin tools for simultaneous friction stir welding of multiple parallel walls between parts |
| US8256657B2 (en) | 2008-03-14 | 2012-09-04 | Alcoa Inc. | Advanced multi-shouldered fixed bobbin tools for simultaneous friction stir welding of multiple parallel walls between parts |
| US8413875B2 (en) | 2008-03-14 | 2013-04-09 | Alcoa Inc. | Advanced multi-shouldered fixed bobbin tools for simultaneous friction stir welding of multiple parallel walls between parts |
| CN107138960A (zh) * | 2017-03-30 | 2017-09-08 | 北京理工大学 | 用于改善复合材料加工质量的复合加工方法及加工工具 |
| CN108500445A (zh) * | 2018-06-05 | 2018-09-07 | 贵州航天天马机电科技有限公司 | 一种用于筒体纵焊缝的搅拌摩擦固定焊工装及焊接方法 |
| WO2021003914A1 (zh) * | 2019-07-05 | 2021-01-14 | 江苏北人机器人系统股份有限公司 | 用于搅拌摩擦焊的夹具 |
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|---|---|
| JP4262812B2 (ja) | 2009-05-13 |
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