JP2001198683A - 摩擦接合装置及び摩擦接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、裏側の接合が良好で、かつ表
面で接合バリの少ない摩擦接合装置とその方法を提供す
ることにある。 【解決手段】本発明は、ツールが被接合材に挿入するネ
ジ部と該ネジ部を支持し該ネジ部より太径であるショル
ダー部とを有し、前記ネジ部が前記架台の表面に接触し
ないように前記ネジ部を所望の長さに設定するととも
に、前記ショルダー部が前記被接合材の表面に所望の深
さの凹部を形成するように前記ツールの押込み量をツー
ルの荷重によって調整する押込み量調整手段を有するこ
とを特徴とする摩擦接合装置とその方法にある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は新規な摩擦接合装置
及び接合方法に係り、特に、被接合材の一部に凹凸また
は傾斜が存在する形状の場合でも接合欠陥を防止して接
合部の品質を向上し、さらに効率的な接合作業を可能に
した摩擦接合装置とその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】摩擦攪拌接合方法は、実質的に接合材の
材質よりも硬い材質（金属）のツールを接合材の接合部
に挿入し、このツールを回転させながら移動することに
よって、前記ツールと前記接合材との間で発生する摩擦
熱により摩擦攪拌する方法である。この摩擦攪拌接合方
法の原理は、特表平7−505090 号公報で公知である。つ
まり、ツールと接合材との摩擦熱による塑性流動現象を
利用したもので、アーク溶接のように接合材を溶かして
溶接するものでなはい。さらに、この接合方法は、従来
の摩擦溶接方法のように、接合材同士を回転してお互い
の摩擦熱により接合する方法とは異なり、接合材を接合
線方向に連続的に接合できる特徴がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特表平7−505090号公
報，同9−508073号公報による摩擦攪拌接合方法は、前
記ツールの回転数，回転方向，接合方向に対するツール
の傾斜角度，ツールの加工物表面との上下方向の相対的
な位置関係，接合線方向の移動速度，接合材の拘束など
が重要である。前記接合装置で接合する場合、特に次の
ような課題がある。また、特開平11−226758号公報には
摩擦溶接装置が知られている。

【０００４】（１）接合進行方向に対してツールの回転
方向と傾斜角度は常に一定であることが必要である。接
合を往路だけで行う場合は前記ツールの回転方向と傾斜
角度を変えないで接合が可能であるが、接合作業の効率
が悪い。接合を往路，復路を同時に行うことにより接合
作業の効率化が図れる。しかし、接合の進方向が往路の
場合と復路の場合ではその都度、回転方向と傾斜角度を
変える必要がある。

【０００５】（２）前記摩擦攪拌接合方法は、接合中に
回転するツールを接合材の表面から一定の深さに挿入
し、接合中もこの深さを一定に維持管理する必要があ
る。しかし、接合材の一部に接合材表面に高さの変化、
つまり、凹凸が存在する場合は接合材表面からのツール
の挿入深さが変化するため、健全な接合ができなくな
る。

【０００６】（３）前記接合方法におけるツールの傾斜
角度は、接合方向に対して反対方向に１〜５度傾斜して
いることが望ましい。しかし、接合材表面の一部が傾斜
している接合材の場合は、前記接合材の傾斜角度に応じ
てツールの角度も変化する必要がある。

【０００７】（４）前記接合方法は、接合の過程でツー
ルと接合材に大きな荷重がかかる。このため、接合材の
形状に応じて強固に拘束する必要がある。さらに前記拘
束は効率的に安定であることが望まれる。

【０００８】（５）前記接合方法は、接合速度が従来の
アーク溶接に比べて数倍早いため、接合状態を肉眼で監
視することは困難でる。従って、光学的な監視が必要で
ある。本発明の目的は、裏側の接合が良好で、かつ表面
で接合バリの少ない摩擦接合装置とその方法を提供する
ことにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、架台に載置固
定された被接合材よりも硬い材質のツールを前記被接合
材の接合部に挿入し、前記被接合材の塑性流動により接
合する摩擦接合装置において、前記ツールは前記被接合
材に挿入するネジ部と該ネジ部を支持し該ネジ部より太
径であるショルダー部とを有し、前記ネジ部が前記架台
の表面に接触しないように前記ネジ部を所望の長さに設
定するとともに、前記ショルダー部が前記被接合材の表
面に所望の深さの凹部を形成するように前記ツールの押
込み量を調整する押込み量調整手段を有し、該調整手段
は前記押込みに要する荷重及び接合方向の移動に要する
荷重の少なくとも一方の大きさに制御するものであるこ
とを特徴とする。前記ツール先端と架台との距離は０.
４mm 以下、好ましくは0.05〜０.２０ mmである。従っ
て、ネジ部の長さは被接合材の接合部の厚さに応じて選
択される。また、押込み量の深さは１mm以内、好ましく
は０.２〜０.６mmである。

【００１０】前記ツールは、前記接合の進行方向に対し
て前記ショルダー部の先行部分が前記被接合材の表面で
所望の間隙を有するように傾斜角度を調整する角度調整
手段を有し、前記ショルダー部の後行部分によって前記
押込み量を該押込みに要する荷重及び接合方向の移動に
要する荷重の少なくとも１つによって調整することを特
徴とする。傾斜角度は被接合材表面への垂直の角度に対
して１０度以内、好ましくは３〜７度で両方向に傾斜可
能で、前記架台は前記被接合材を拘束部材によって前記
架台に固定する好ましくは複数本の溝が設けられている
ことを特徴とする。その溝はボルトの頭部が係合するよ
うに袋状に形成されているのが好ましい。

【００１１】前記被接合材の接合部が開かないように被
接合材をその側面側より押圧して拘束する押圧手段が設
けられていることを特徴とする。

【００１２】本発明は、前記ツールの回転数，回転方
向，傾斜角度，上下移動，接合線方向の移動手段及びそ
れらの制御装置，被接合材の拘束手段を備え、手動まは
た自動的に駆動する装置により達成できるものである。
また、被接合材を拘束する架台は前述の如く架台に袋状
の溝を設け、その溝内にボルトの頭を係合させて、その
ボルトに長い腕を取り付け、その腕で被接合材をネジで
しっかりと固定するものである。

【００１３】また、接合過程の接合状態を光学的又は電
子的に監視可能な監視装置を設けるのが好ましい。監視
によってツールの中心位置を調整するものである。

【００１４】本発明の装置は更に以下の構成を有するこ
とが好ましい。

【００１５】（１）接合の往路及び復路におけるツール
の回転方向はインバータ制御により可能である。傾斜角
度は、電動機からの駆動をインデックスシャフトを介し
て可能である。

【００１６】（２）ツールの接合材表面からの挿入深さ
の調節は、前記被接合材の凹凸又は接合深さの形状に合
わせて前記ツールの深さを調節することにより可能であ
る。ツールの挿入深さはピンのショルダーからの長さを
変えることによって行うことができる。ピンの長さの調
整はショルダーとピンとが上下に互いに動き、回転を同
じにした固定構造にすることによって行う。

【００１７】（３）被接合材の表面の一部が傾斜してい
る接合形状の場合のツールの傾斜角度は、前記接合材の
傾斜角度に合わせて、ツールの駆動機構を自動的に調節
することにより可能である。

【００１８】（４）被接合材に複数個の接合線が存在す
る場合は、１台の摩擦接合装置に複数個のツールを取り
付け、前記複数個の前記ツールは、回転数，移動速度，
傾斜角度が単独または連動して作動することにより接合
作業をより効率的達成できる。 （５）被接合材の拘束は、前記ツールと同軸方向に設け
られた拘束機構により可能である。さらに、前記拘束機
構とは別に独自に拘束機構を設けても可能である。

【００１９】ツールの被接合材表面からの挿入深さの調
節は、予め、接合開始点からの被接合材表面の凹凸の位
置と凹凸の変化を測定し、前記測定結果を制御装置に認
識させ、その認識信号をもとにツールの上下駆動機構装
置を制御することにより可能である。つまり、接合開始
点からの凹凸の位置と接合速度からツールが前記凹凸の
位置に到達する時間がわかり、ツールを上下に駆動する
時間が判定できる。さらに凹凸の高さの変化も、予め、
レーザ変位形またはダイヤルゲージにより測定して、そ
の結果を制御装置に認識させることにより可能である。
前記方法により被接合材の一部に凹凸が存在する接合形
状でもツールの深さを凹凸表面から常に一定に管理でき
る。特に凹凸が大きい場合は、ツールを被接合材から一
端引き抜き、接合を一端中止して、再度、凹凸の表面に
合わせてツールを再挿入することも可能である。

【００２０】被接合材の表面の一部が傾斜している接合
形状の場合のツールの傾斜角度は及び傾斜の開始点は、
予め、前記被接合材の傾斜と開始点傾斜角度を測定し、
その結果を制御装置に認識させ、その認識信号をもとに
ツールの駆動機構を制御することにより可能である。な
お、傾斜の開始及び終了点の位置は、接合開始点からの
距離と計算によりその時間信号をもとに自動的に判定で
きる。また、接合の過程でレーザ変位計により傾斜角
度、傾斜の開始点及び終了点を測定し、その信号をもと
に接合の過程でツールの傾斜角度を調節できる。

【００２１】接合プロセスにおいて往路と復路の接合を
可能にしたもので、その場合、１台の摩擦接合装置に複
数個、好ましくは３〜５個のツールを取り付け、前記複
数個の前記ツールは、回転数，移動速度，傾斜角度が単
独または連動して作動することにより接合作業をより効
率的に行うことができる。

【００２２】なお、ツール角度の自動調節は電動機から
の駆動力をウオームギヤを介して可能である。

【００２３】被接合材の形状に応じて油圧または水圧ま
たは空気圧により被接合材の表面方向または側面方向か
ら加圧することにより可能である。

【００２４】被接合材表面からの前記ツールの挿入深さ
を常に一定に保つ方法として、接合の過程でツールにか
かる荷重を制御するものである。つまり、接合の過程で
前記ツールには被接合材との間に生じる摩擦力の反力が
作用する。この反力は下向き方向，接合進行方向，回転
方向があり、これらが全て前記ツールに荷重（反力）と
して作用する。前記ツールにかかる反力、つまり、荷重
の大きさは前記ツールの挿入深さと相関性がある。従っ
て、前記荷重を制御することにより、前記ツールの挿入
深さを制御できる。

【００２５】一方、前記荷重はツールの傾斜角度との間
にも相関性がある。つまり、前記荷重は前記角度の大き
さに比例して増加する。従って、前記傾斜角度も前記荷
重を制御することにより接合中も常に一定に維持管理で
きる。

【００２６】接合過程における前記ツールの荷重は圧力
センサにより検出できる。前記荷重の検出信号をもとに
ツールの荷重を制御する油圧機構の圧力調節弁を調節す
ることにより、被接合材表面からツールの上下位置つま
りツールの挿入深さ常を一定に制御できる。

【００２７】さらに、前記装置のツール深さ調節機構に
予め前記荷重を電気信号として設定記憶させ、前記設定
した荷重信号をもとに油圧制御機構を制御することによ
り、前記ツールの挿入深さを調節できる。前記装置と手
段によって接合材の表面の高さが変化した場合でも接合
部の溶込み深さを常に一定に調節できる。さらに接合欠
陥も防止できる。

【００２８】一方、ツールの傾斜角度も前記方法と同様
に、ツール荷重の検出と制御により接合材の表面形状が
変化した場合でも常に一定になるように管理維持でき
る。

【００２９】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１は被接合材の中
へツールを回転しながら挿入した状態を示す接合方向の
断面図である。被接合材１は被接合材固定架台２の上に
強固に固定される。前記ツール３は工具綱などの金属製
で、太いショルダー部４とショルダー部より細いピン部
５から構成されている。前記ツール３は回転した状態で
被接合材１の中に完全に挿入される。一方、前記ショル
ダー部４は後方の一部が被接合材１の表面から深さ
（ｂ)だけ挿入される。このツールの挿入深さ（ｂ）は
０.２〜１mmが望ましい。この深さ（ｂ）が小さい場合
は接合部に欠陥が発生する。大き過ぎると接合部の表面
が凹状になり好ましくない。ショルダー部４の接合方向
の先行部分のａの浮上高さは被接合材を削り取らないよ
うに浮上させるもので、ｂと同等の値が好ましい。

【００３０】一方、ツール３の傾斜角度（θ）は被接合
材の表面に対して、後方に傾くように傾斜していること
が望ましい。この角度（θ）は小さい場合は欠陥が発生
しやすい。大きい場合はツール荷重が大きくなりツール
の損傷を早める。実用的には１〜６度が望ましい。

【００３１】一方、接合過程におけるツールのピン５の
先端と架台２の表面の間隔（ｃ）は０.２〜０.６mmが望
ましい。この間隔（ｃ）が小さいとツールピン部５の先
端が架台２の表面に接触して両方に損傷が生じる。ま
た、その間隔が大きすぎると被接合材の裏面に接合不良
が生じる。このため、前記間隔は０.２〜０.４mmに管理
することがより望ましい。前記間隔（ｃ）は被接合材の
厚さとツールの長さが一定の場合は接合中のツールの挿
入深さ（ｂ）を調節することにより常に一定にできる。
この点でもツールの挿入深さの管理が大切である。

【００３２】被接合材は１はツール３が回転６しながら
接合進行方向７に移動することにより摩擦熱と塑性流動
が生じて接合される。この接合の過程でツール３に下向
き方向の荷重（Ｐ）及び接合進行方向の荷重（Ｆ）が付
与する。前記両者の荷重は、被接合材にかかる反力であ
る。

【００３３】前記荷重は被接合材の材質，厚さ，ツール
の形状，ツールの傾斜角度，ツールの回転数により変わ
るが、前記条件が同じ場合は、前記ツールの挿入深さ
（ｂ）にほぼ比例して増加する。また、ツールの挿入深
さ（ｃ）が同じ場合は、ツールの傾斜角度（θ）に比例
して増加する。つまり、ツール荷重はツールの挿入深さ
及び角度を調節できる制御信号になる。従って、前記荷
重信号を制御することにより、接合中のツールの挿入深
さ（ｂ）を調節できることになる。以下詳細に説明す
る。

【００３４】図２に接合開始後の接合材表面からツール
の挿入深さ（ｂ）と進行方向の荷重（Ｆ）及び下向き方
向の荷重（Ｐ）との相関性を示す。前記図２の被接合材
は、押出し成型で製作されたアルミ合金のＪＩＳ規格６
Ｎ０１である。本アルミ合金の厚さは５mm、幅は３００
mm、長さは３ｍである。ツールの形状はショルダー部の
径は１５mm、ピンの径はネック部で４mmネジが形成され
た先端部で６mm、ピンの長さは４.５mm、ツールの傾斜
角度は３度、回転数は１５００rpm，接合速度５００mm
／min である。ピン５は本実施例では図のように先端部
とネック部で異なるが全体を直径６mmとしたネジが形成
されたものでもよい。図２に示すように、前記荷重は、
前記条件が一定の場合はツールの挿入深さ（ｂ）の増加
に比例して増加する。従って、予め前記いずれかの荷重
を設定することにより、接合中の前記ツールの挿入深さ
（ｂ）を常に一定に調節できることになる。

【００３５】例えば、接合中のツールの挿入深さ（ｂ）
を常に０.５mm に維持するためには、前記下向き荷重
（Ｐ）を６００kgf に、または接合方向の荷重（Ｆ）を
１００kgf に設定することにより達成できる。つまり、
接合の前に摩擦攪拌接合装置に前記いずれか一方の荷重
を電気信号として設定して認識させる。この荷重の設定
信号をもとに、前記ツール３に連結する油圧機構を制御
することにより接合過程におけるツールの挿入深さ
（ｂ）を常に一定に管理維持できる。例えば、接合の途
中で接合材の表面が熱変形して凸状になり、ツールの挿
入深さ（ｂ）が増加する。この時、同時にツール荷重も
増加する。ここで、ツール荷重を先に設定した６００kg
f に戻すための指令信号が出て、油圧装置が作動してツ
ールの挿入深さを減少させる。従って、接合中常にツー
ル深さは一定に調節されるため、接合長さが長い車両の
場合でも接合欠陥，接合不良のない健全な接合体が得ら
れる。

【００３６】（実施例２）本実施例では鉄道車両用とし
て押出し成型で造られたアルミ合金のＪＩＳ規格６０６
３から厚さ６mm,幅５００mm,長さ２５ｍの側外板の接合
について説明する。本実施例におけるツールの形状はシ
ョルダー部の径は１５mm、ピン部の径は６mm、ピンの長
さは５.５mm、ツールの傾斜角度は３度、回転数は１５
００rpm，接合速度５００mm／min である。本実施例に
おいて、接合中のツールの挿入深さ(ｂ)を０.３mm に管
理維持するため、ツールの下向き方向の荷重(Ｐ)は４０
０kgf に設定している。つまり、接合の前に前記接合装
置に前記下向き荷重(400kgf)を電気信号として設定して
制御装置に記憶させる。接合の途中で接合材の厚さが変
化してツールの挿入深さが変化した場合、ツール荷重は
先に設定した荷重になるため、油圧装置によりツール荷
重が先に指定した４００kgf になるようにツールが上下
方向に調節される。従って、この荷重の記憶信号をもと
に接合過程におけるツールの下向き荷重（Ｐ）が長さ２
５ｍの接合にわたり常に４００kgfなるように前記装置
の油圧機構を制御される。これにより、ツールの深さ
（ｂ）を２５ｍにわたり初期の設定値の０.３mm に管理
維持できる。このため、長さ２５ｍにわたり、接合先端
の接合不良並びに接合部全体にも接合欠陥のない健全な
車両用の側外板の接合ができる。

【００３７】（実施例３）図３に接合開始後のツールの
傾斜角度（θ）と接合進行方向の荷重（Ｆ）及び下向き
方向の荷重（Ｐ）との相関性を示す。前記図３の被接合
材は、アルミ合金のＪＩＳ規格５０８３で、厚さは５mm
である。ツールはショルダー部の径が２０mm、ピン部の
径が８ｍ、ピン部の長さは４.５mm 、ツールの挿入深さ
（ｂ）は０.３mm、ツールの回転数は１０００rpm、接合
速度４００mm／minである。

【００３８】図３に示すごとく、前記条件が一定の場合
の前記ツール荷重はツールの傾斜角度（θ）に比例して
増加する。従って、予め前記いずれかの荷重ＰまたはＦ
はツールの傾斜角度を調節できる信号となり、前記荷重
を制御することにより、前記ツールの傾斜角度（θ）を
調節できる。例えば、接合の過程で常にツール傾斜角度
（θ）を３度に維持するためには、前記下向き荷重
（Ｐ）を８００kgf に、または接合方向の荷重（Ｆ）を
２００kgf に設定することにより達成できる。つまり、
接合の前に摩擦攪拌接合装置に前記いずれか一方の荷重
を設定して電気信号として認識させ、この荷重の認識信
号をもとに、前記装置の油圧機構を制御して接合過程に
おけるツールの傾斜角度（θ）を常に一定に調節でき
る。このため、接合欠陥，接合不良のない健全な接合体
が得られる。

【００３９】（実施例４）図４は被接合材１の一部の厚
さが厚く、かつ表面の一部に傾斜を有する接合材の接合
方法を示す実施例の斜視図である。図５の各接合部にお
ける接合材表面からのツールショルダー部の挿入深さ
（ｂ）及び傾斜角度（θ）を示す。接合材は長さ３ｍの
ＪＩＳ規格５０５２のアルミ合金である。接合材の厚さ
は５mm，幅２００mm、接合材の傾斜角度（α及びγ）は
いずれも１０度である。本実施例では、接合材が傾斜し
ている場合でも接合中のツールの挿入深さ（ｂ）は０.
３mm及び傾斜角度（θ）は２度になるように調節され
る。

【００４０】以下、本実施例におけるツールの挿入深さ
及び傾斜角度の調節方法について説明する。

【００４１】（１）図４のａ−ｂ間のように接合材に傾
斜がない部分の接合は、図５のＡ−Ａｄ断面に示すよう
にツールの挿入深さ(ｂ）は０.３mmに、傾斜角度（θ）
は２度に設定される。ここで、前記の接合条件をもとに
ツール深さと接合進行荷重(Ｆ)との関係から進行方向荷
重を１００kgf に設定する。つまり、進行方向荷重を１
００kgf に設定し、この荷重をツールに連結する油圧制
御装置に電気信号として認識記憶させる。この荷重をも
とに接合中のツール挿入深さを０.３mm に、また、傾斜
角度を２度に管理維持して接合する。前記条件のもとで
接合部ａ−ｂ間が接合され、接合線８が形成される。

【００４２】（２）ツールが図７の傾斜点（ｂ点）に到
達すると、図５に示すごとくツールの先端が被接合材の
中に食い込むため、ツール挿入深さと進行方向の荷重は
急激に増加する。ここで、前記荷重は予め設定された荷
重（６００kgf ）になるように前記ツールに連結する油
圧制御機構が作動して、ツール深さを０.３mm に調節す
る。

【００４３】一方、接合材表面に対するツールの傾斜角
度θ２も増加する。ここで、前記と同様に予め設定され
た荷重（６００kgf ）になるように油圧機構が作動して
傾斜角度も予め調節された２度に調節される。前記条件
で接合材ｂ−ｃ間が接合される。

【００４４】（３）ツールがＣ点の平行部に到達すると
ツール深さとツール荷重は再び減少するが、ただちに初
期に設定したツール荷重（６００kgf ）になるように油
圧機構が作動して、再びツールの挿入深さ（ｂ）は０.
３mmに調節される。

【００４５】一方、ツールの傾斜角度もツールの荷重の
減少に伴って減少するが、ツール荷重の制御により再び
０.３mm に調節され、前記ツール深さと荷重でｃ−ｄ間
が接合される。

【００４６】（４）ツールがｄ点に到達すると同時にツ
ールの荷重は減少するが、ただちに初期に設定した荷重
（６００kgf ）になるように油圧機構が作動してツール
の挿入深さを０.３mm に管理維持する。ツールの角度も
初期に設定した荷重になうように調節され、この角度
（２度）でｄーｅ間が接合される。

【００４７】（５）ツールがｅ点に到達すると、ツール
荷重は初期に設定した荷重（６００kgf）に制御してツ
ール挿入深さを０.３mmに調節する。さらに、ツール角
度も再びＡ−Ａと同様の角度に調節される。

【００４８】前記のごとく、接合材表面の傾斜角度の変
化に応じてツールの挿入深さ及びツールの傾斜角度を順
次調節することにより、接合材の表面に傾斜を有する構
造でも連続的にかつ安定に接合できる。

【００４９】前記接合装置と接合方法で接合した接合材
を自動車用部材に適用した。

【００５０】（実施例５）図６は油圧力によりツールの
深さ方向の調節が可能、つまり、ツールが上下方向に駆
動する摩擦攪拌接合の構造図を示す。ツール３は回転軸
９とカップリング１０を通して回転用の駆動モータ１１
に連結されている。また、前記ツールの回転軸９は、前
記駆動モータからの駆動力を回転用ベアリング１２を通
して回転する。さらに、ツール３は、回転軸９を上下方
向に駆動するベアリング１３を通して油圧駆動装置１４
に連結されている。前記ツール３に連結する回転軸９
は、前記油圧駆動装置１４により接合材の表面に対して
垂直に上下方向１５に上下駆動できる。この上下移動量
は接合前に予め指定した荷重の信号で任意に調節ができ
る。従って、前記ツール３は接合材表面からの挿入深さ
を荷重によって調節できる。

【００５１】前記ツール３，回転軸９，油圧駆動装置１
４及び回転駆動モータ１１は接合線方向に移動する門型
の回転軸の上下移動方向の移動架台１５に固定されてい
る。前記門型の移動架台１５は装置架台の移動駆動機構
を有する門型フレーム１６を通じて接合線方向に移動す
る。前記装置による接合は下記のように行われる。

【００５２】被接合材１は被接合材固定架台２に強固に
固定される。次にツール３を回転した状態で被接合材の
接合部に挿入し、回転した状態で接合線方向に移動す
る。ツールの荷重は予め検討したツールの挿入深さとツ
ール荷重との相関性の結果からツール荷重を選定して電
気信号として設定し、油圧制御装置に記憶認識させる。
荷重の大きさと電気信号との関係は予め設計された装置
により容易にできる。

【００５３】接合が開始され、接合の途中で接合材の表
面高さが高くなった場合、ツールの挿入深さが増加し、
これに伴って前記荷重も増加する。ここで、ただちに前
記指定した荷重に減少する命令信号が出され、前記油圧
制御機構が作動して、前記ツールの挿入深さを減少させ
る。従って、溶接長さが２０ｍクラスの長い場合でも接
合欠陥のない接合構造物が得られる。前記装置により車
両用の屋根板を接合する。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、接合過程における接合
材表面からのツールの挿入深さを常に一定に管理維持で
きるため、車両構体などの接合長さが長い構造物の接合
においても接合欠陥の発生を防止でき、信頼性の高い接
合構造物を再現性よく製作できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩擦接合の基本構造を示す断面図であ
る。

【図２】本発明のツールの挿入深さとツール荷重との関
係を示す線図である。

【図３】本発明のツールの傾斜角度とツール荷重との関
係を示す線図である。

【図４】被接合材のツールに対する高さが変化した場合
の接合構造を示す斜視図である。

【図５】被接合材の厚さが変化した場合の接合構造を示
す図３の断面図である。

【図６】本発明の摩擦接合装置の構造図である。

【符号の説明】 １…被接合材、２…被接合材固定架台、３…ツール、４
…ショルダー部、５…ピン部、６…回転方向、７…接合
方向、８…接合線、９…ツールの回転軸、１０…カップ
リング、１１…回転駆動モータ、１２…回転軸ベアリン
グ、１３…上下移動用ベアリング、１４…油圧駆動装
置、１５…移動架台、１６…門型フレーム、１７…接合
線方向の駆動機構、１８…装置架台。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青田 欣也 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 舟生 征夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 4E067 AA05 BG00 CA04 DC07 EA00 EA07

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】架台に載置固定された被接合材よりも硬い
   材質のツールを前記被接合材の接合部に挿入し、前記被
   接合材の塑性流動により接合する摩擦接合装置におい
   て、前記ツールは前記被接合材に挿入するネジ部と該ネ
   ジ部を支持し該ネジ部より太径であるショルダー部とを
   有し、前記ネジ部が前記架台の表面に接触しないように
   前記ネジ部を所望の長さに設定するとともに、前記ショ
   ルダー部が前記被接合材の表面に所望の深さの凹部を形
   成するように前記ツールの押込み量を調整する押込み量
   調整手段を有し、該調整手段は前記押込みに要する荷重
   及び接合方向の移動に要する荷重の少なくとも一方の大
   きさに制御するものであることを特徴とする摩擦接合装
   置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記ツールは、前記接
   合の進行方向に対して前記ショルダー部の先行部分が前
   記被接合材の表面で所望の間隙を有するように傾斜角度
   を調整する角度調整手段を有し、前記ショルダー部の後
   行部分によって前記押込み量を調整することを特徴とす
   る摩擦接合装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記架台は前記
   被接合材を拘束部材によって前記架台に固定する溝が設
   けられていることを特徴とする摩擦接合装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかにおいて、前記被
   接合材の接合部が開かないようにその側面側より押圧す
   る押圧手段が設けられていることを特徴とする摩擦接合
   装置。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかにおいて、前記ツ
   ールはその回転用駆動手段，溶接線方向に対して交叉す
   る方向への交叉駆動手段，接合線方向駆動手段及び前記
   ツールの移動に沿って動く被接合材を拘束する拘束手段
   を備えていることを特徴とする摩擦接合装置。
6. 【請求項６】請求項５において、前記接合線方向及び交
   叉駆動機構は手動または自動または手動と自動の両方で
   作動することを特徴とする摩擦接合装置。
7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれかにおいて、被接合
   材は接合部での厚さが異なり、表面の高さに応じて前記
   ツールの挿入深さを調節できることを特徴とする摩擦接
   合装置。
8. 【請求項８】請求項１〜７のいずれかにおいて、前記角
   度調整手段は被接合材表面の傾斜角度の変化に応じて前
   記ツールの傾斜角度を調節できることを特徴とする摩擦
   接合装置。
9. 【請求項９】請求項１〜８のいずれかにおいて、前記ツ
   ールは複数個備え、前記ツールは各々単独または複数個
   が連動して、駆動可能であることを特徴とする摩擦接合
   装置。
10. 【請求項１０】請求項１〜９のいずれかにおいて、接合
    過程の接合状態を光学的または電子的に監視可能な監視
    手段が備えられていることを特徴とする摩擦接合装置。
11. 【請求項１１】請求項１〜１０のいずれかに記載の接合
    装置により接合されたことを特徴とする構造物。
12. 【請求項１２】架台に載置固定された被接合材よりも硬
    い材質のツールを前記被接合材の接合部に挿入し、前記
    被接合材の塑性流動により接合する摩擦接合方法におい
    て、前記ツールは前記被接合材に挿入するネジ部と該ネ
    ジ部を支持し該ネジ部より太径であるショルダー部とを
    有し、前記ネジ部が前記架台の表面に接触しないように
    前記ネジ部を所望の長さに設定するとともに、前記ショ
    ルダー部が前記被接合材の表面に所望の深さの凹部を形
    成するように前記ツールの押込み量を該押込みに要する
    荷重及び接合方向の移動に要する荷重の少なくとも１つ
    によって調整しながら接合することを特徴とする摩擦接
    合方法。