JP2001205459A - 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法Info
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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
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- B23K20/1235—Controlling or monitoring the welding process with temperature control during joining
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 スピンドルのベアリングが摩擦攪拌接合によ
り生じた熱により劣化することを防止するとともに、被
接合材を簡単かつ効果的に冷却することができる摩擦攪
拌接合装置およびそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提供
する。 【解決手段】 被接合材２ａ、２ｂを摩擦攪拌接合する
プローブ３と、プローブ３を一端に支持するスピンドル
４と、スピンドル４をベアリング５、６、７を介して回
転自在に保持する筐体８と、被接合材２ａ、２ｂの接合
部分の裏面を少なくとも支持する裏当て治具９とを備え
てなる摩擦攪拌接合装置１であって、スピンドル４を冷
却するためのスピンドル冷却機構と被接合材２ａ、２ｂ
を冷却するための温度調節手段を備えた摩擦攪拌接合装
置１。
り生じた熱により劣化することを防止するとともに、被
接合材を簡単かつ効果的に冷却することができる摩擦攪
拌接合装置およびそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提供
する。 【解決手段】 被接合材２ａ、２ｂを摩擦攪拌接合する
プローブ３と、プローブ３を一端に支持するスピンドル
４と、スピンドル４をベアリング５、６、７を介して回
転自在に保持する筐体８と、被接合材２ａ、２ｂの接合
部分の裏面を少なくとも支持する裏当て治具９とを備え
てなる摩擦攪拌接合装置１であって、スピンドル４を冷
却するためのスピンドル冷却機構と被接合材２ａ、２ｂ
を冷却するための温度調節手段を備えた摩擦攪拌接合装
置１。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦攪拌接合装置
および摩擦攪拌接合方法に関する。
および摩擦攪拌接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】被接合材どうしを固相接合するための摩
擦攪拌接合は、プローブの回転による摩擦熱を被接合材
に与えて、被接合材を軟化かつ混合させて、被接合材ど
うしを一体的に接合させる方法である。ここで、プロー
ブの回転による摩擦熱は、接合部の健全性に影響を与え
るので、プローブの回転数と送り速度を調整して、摩擦
攪拌接合中の被接合材の温度変化を抑制しなければなら
ない。また、被接合材の温度が上昇しすぎた場合は、プ
ローブの進行方向側にバリが発生し、このバリの抵抗が
接合の妨げとなっていた。従って、被接合材の温度を制
御しつつ、速やかに、高品質の接合を行うことが困難で
あった。そこで、プローブおよび被接合材の冷却が行わ
れている。
擦攪拌接合は、プローブの回転による摩擦熱を被接合材
に与えて、被接合材を軟化かつ混合させて、被接合材ど
うしを一体的に接合させる方法である。ここで、プロー
ブの回転による摩擦熱は、接合部の健全性に影響を与え
るので、プローブの回転数と送り速度を調整して、摩擦
攪拌接合中の被接合材の温度変化を抑制しなければなら
ない。また、被接合材の温度が上昇しすぎた場合は、プ
ローブの進行方向側にバリが発生し、このバリの抵抗が
接合の妨げとなっていた。従って、被接合材の温度を制
御しつつ、速やかに、高品質の接合を行うことが困難で
あった。そこで、プローブおよび被接合材の冷却が行わ
れている。
【０００３】従来、摩擦攪拌接合に用いる摩擦攪拌接合
装置の冷却は、特開平１０−５２７７０号公報や特開平
１１−１０３６７号公報に開示されるように、摩擦接合
用のプローブの内部に冷媒を流通させることでプローブ
の冷却を行ったり、摩擦攪拌接合用のプローブの下端部
または、下端部近傍のプローブ外表面に冷媒を吹き付け
てプローブの冷却を行っていた。また、摩擦攪拌接合の
際のワークの接合部の冷却は、特開平１０−５２７７０
号公報に開示されるように、冷媒が、プローブの下端部
だけでなく、被接合材の接合部の上表面に吹き付けられ
ていた。
装置の冷却は、特開平１０−５２７７０号公報や特開平
１１−１０３６７号公報に開示されるように、摩擦接合
用のプローブの内部に冷媒を流通させることでプローブ
の冷却を行ったり、摩擦攪拌接合用のプローブの下端部
または、下端部近傍のプローブ外表面に冷媒を吹き付け
てプローブの冷却を行っていた。また、摩擦攪拌接合の
際のワークの接合部の冷却は、特開平１０−５２７７０
号公報に開示されるように、冷媒が、プローブの下端部
だけでなく、被接合材の接合部の上表面に吹き付けられ
ていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、プローブの下
端部および下端部近傍のみを冷却すると、プローブ自体
の寿命を長くすることができるが、プローブを保持する
スピンドルを冷却していないので、摩擦攪拌接合により
生じた熱が、プローブを介してスピンドルに伝わり、ス
ピンドルを回転可能に支持するベアリングを劣化させる
ことがあった。また、摩擦攪拌接合時には、被接合材の
接合部の温度が大きく上昇するため、被接合材は全体が
高温になるとともに温度分布が生じ、これが原因となっ
て、接合された被接合材が歪んでしまうことがあった。
なお、この現象は、被接合材が薄肉で長尺の部材からな
る場合は特に顕著に見られる。また、水などを被接合材
の接合部に吹き付けると、却って接合部が腐食してしま
うことがあった。
端部および下端部近傍のみを冷却すると、プローブ自体
の寿命を長くすることができるが、プローブを保持する
スピンドルを冷却していないので、摩擦攪拌接合により
生じた熱が、プローブを介してスピンドルに伝わり、ス
ピンドルを回転可能に支持するベアリングを劣化させる
ことがあった。また、摩擦攪拌接合時には、被接合材の
接合部の温度が大きく上昇するため、被接合材は全体が
高温になるとともに温度分布が生じ、これが原因となっ
て、接合された被接合材が歪んでしまうことがあった。
なお、この現象は、被接合材が薄肉で長尺の部材からな
る場合は特に顕著に見られる。また、水などを被接合材
の接合部に吹き付けると、却って接合部が腐食してしま
うことがあった。
【０００５】本発明は、これらの課題を解決するために
なされたもので、スピンドルのベアリングが摩擦攪拌接
合により生じた熱により劣化することを防止できる摩擦
攪拌接合装置およびそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提
供することを目的とする。また、本発明は、被接合材を
簡単かつ効果的に冷却することができる摩擦攪拌接合装
置およびそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提供すること
を目的とする。
なされたもので、スピンドルのベアリングが摩擦攪拌接
合により生じた熱により劣化することを防止できる摩擦
攪拌接合装置およびそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提
供することを目的とする。また、本発明は、被接合材を
簡単かつ効果的に冷却することができる摩擦攪拌接合装
置およびそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提供すること
を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、被接合材を摩
擦攪拌接合するプローブと、プローブを一端に支持する
スピンドルと、スピンドルをベアリングを介して回転自
在に保持する筐体と、被接合材の少なくとも接合される
部分の裏面を支持する裏当て治具とを備えてなる摩擦攪
拌接合装置であって、スピンドルを冷却するためのスピ
ンドル冷却機構を備えた構成とした。スピンドル冷却機
構により、摩擦攪拌接合時に発生する熱によるベアリン
グの劣化を防止できる。
擦攪拌接合するプローブと、プローブを一端に支持する
スピンドルと、スピンドルをベアリングを介して回転自
在に保持する筐体と、被接合材の少なくとも接合される
部分の裏面を支持する裏当て治具とを備えてなる摩擦攪
拌接合装置であって、スピンドルを冷却するためのスピ
ンドル冷却機構を備えた構成とした。スピンドル冷却機
構により、摩擦攪拌接合時に発生する熱によるベアリン
グの劣化を防止できる。
【０００７】また、スピンドル冷却機構は、筐体を貫通
して筐体とスピンドルとの間に冷媒を供給する冷媒供給
口および冷媒を排出する冷媒排出口とを備えてなる構成
とした。簡単な構成でスピンドルと筐体を効率よく冷却
できる。
して筐体とスピンドルとの間に冷媒を供給する冷媒供給
口および冷媒を排出する冷媒排出口とを備えてなる構成
とした。簡単な構成でスピンドルと筐体を効率よく冷却
できる。
【０００８】さらに、裏当て治具は基台に支持され、基
台の内部には、冷媒流通路を有し、冷媒流通路に冷媒を
供給する冷媒供給手段と、冷媒流通路から冷媒を排出す
る冷媒排出手段とを設けた構成とした。これにより、被
接合材全体を裏面から冷却することができるので、被接
合材を効率良く均一に冷却できる。
台の内部には、冷媒流通路を有し、冷媒流通路に冷媒を
供給する冷媒供給手段と、冷媒流通路から冷媒を排出す
る冷媒排出手段とを設けた構成とした。これにより、被
接合材全体を裏面から冷却することができるので、被接
合材を効率良く均一に冷却できる。
【０００９】そして、基台には、裏当て治具の温度を測
定する測定手段と、冷媒の温度、流量、流速の少なくと
も一つを調節する温度調節手段とを備えた構成とした。
裏当て治具の表面近傍の温度を制御することで、被接合
材を所定の温度で均一に冷却できるので、被接合材の歪
みや、被接合材の接合部の腐食等の変質を防止できる。
定する測定手段と、冷媒の温度、流量、流速の少なくと
も一つを調節する温度調節手段とを備えた構成とした。
裏当て治具の表面近傍の温度を制御することで、被接合
材を所定の温度で均一に冷却できるので、被接合材の歪
みや、被接合材の接合部の腐食等の変質を防止できる。
【００１０】また、被接合材を摩擦攪拌接合するプロー
ブと、プローブを一端に支持するスピンドルと、スピン
ドルをベアリングを介して回転自在に保持する筐体と、
被接合材の少なくとも接合される部分の裏面を支持する
裏当て治具とを備えてなる摩擦攪拌接合装置を用い、筐
体と前記スピンドルとの間に冷媒を流通せしめてスピン
ドルを冷却しつつ、摩擦攪拌接合することを特徴とする
摩擦攪拌接合方法とした。スピンドルを冷却しつつ、摩
擦攪拌接合を行うことができるので、摩擦攪拌接合によ
り発生する熱が、ベアリングに伝わるのを防止できる。
ブと、プローブを一端に支持するスピンドルと、スピン
ドルをベアリングを介して回転自在に保持する筐体と、
被接合材の少なくとも接合される部分の裏面を支持する
裏当て治具とを備えてなる摩擦攪拌接合装置を用い、筐
体と前記スピンドルとの間に冷媒を流通せしめてスピン
ドルを冷却しつつ、摩擦攪拌接合することを特徴とする
摩擦攪拌接合方法とした。スピンドルを冷却しつつ、摩
擦攪拌接合を行うことができるので、摩擦攪拌接合によ
り発生する熱が、ベアリングに伝わるのを防止できる。
【００１１】さらに、裏当て治具を支持する基台に冷媒
流通路を設け、冷媒流通路に冷媒を流通せしめて裏当て
治具を冷却しつつ、摩擦攪拌接合を行う方法とした。被
接合材を裏面から冷却しながら、摩擦攪拌接合を行える
ので、被接合材の歪みや被接合材の接合部の腐食等の変
質を防止できる。
流通路を設け、冷媒流通路に冷媒を流通せしめて裏当て
治具を冷却しつつ、摩擦攪拌接合を行う方法とした。被
接合材を裏面から冷却しながら、摩擦攪拌接合を行える
ので、被接合材の歪みや被接合材の接合部の腐食等の変
質を防止できる。
【００１２】そして、裏当て治具の温度を測定し、裏当
て治具の温度を所定の温度に調節しつつ、摩擦攪拌接合
を行う方法とした。これにより、被接合材を所定の温度
で均一に冷却しながら摩擦攪拌接合が行えるので、被接
合材の歪みや、被接合材の接合部の腐食等の変質を防止
できる。
て治具の温度を所定の温度に調節しつつ、摩擦攪拌接合
を行う方法とした。これにより、被接合材を所定の温度
で均一に冷却しながら摩擦攪拌接合が行えるので、被接
合材の歪みや、被接合材の接合部の腐食等の変質を防止
できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面に基づ
き説明する。図１は、本発明の摩擦攪拌接合装置の全体
図である。摩擦攪拌接合装置１は、回転により摩擦熱を
発生させ、被接合材である板状の被接合材２ａ、２ｂを
接合するためのプローブ３と、プローブ３を回転させる
ためのスピンドル４と、スピンドル４を回転自在に保持
する筐体８とからなる。そして、摩擦攪拌接合される被
接合材２ａ、２ｂは互いに接するように裏当て治具９の
上に配置されている。さらに、裏当て治具９は基台５３
に支持されている。なお、スピンドル４およびプローブ
３は、図示しない駆動機構により回転するとともに、被
接合材２ａ、２ｂの境界線上を境界線に沿って移動でき
るものである。
き説明する。図１は、本発明の摩擦攪拌接合装置の全体
図である。摩擦攪拌接合装置１は、回転により摩擦熱を
発生させ、被接合材である板状の被接合材２ａ、２ｂを
接合するためのプローブ３と、プローブ３を回転させる
ためのスピンドル４と、スピンドル４を回転自在に保持
する筐体８とからなる。そして、摩擦攪拌接合される被
接合材２ａ、２ｂは互いに接するように裏当て治具９の
上に配置されている。さらに、裏当て治具９は基台５３
に支持されている。なお、スピンドル４およびプローブ
３は、図示しない駆動機構により回転するとともに、被
接合材２ａ、２ｂの境界線上を境界線に沿って移動でき
るものである。
【００１４】プローブ３は、中心軸に対して回転対称な
形状を有している。プローブ３の材料は、被接合材２
ａ、２ｂの融点よりも十分融点の高い材料からなり、プ
ローブ３の回転による摩擦熱でプローブ３自身が溶ける
ことはない。
形状を有している。プローブ３の材料は、被接合材２
ａ、２ｂの融点よりも十分融点の高い材料からなり、プ
ローブ３の回転による摩擦熱でプローブ３自身が溶ける
ことはない。
【００１５】スピンドル４は、回転軸を有し、回転軸に
対して回転対称な形状を有している。また、スピンドル
４の下端には、スピンドル４の回転軸とプローブ３の中
心軸が同じ軸線上にのるようにプローブ３が支持されて
おり、スピンドル４の回転に伴って、プローブ３も回転
する。
対して回転対称な形状を有している。また、スピンドル
４の下端には、スピンドル４の回転軸とプローブ３の中
心軸が同じ軸線上にのるようにプローブ３が支持されて
おり、スピンドル４の回転に伴って、プローブ３も回転
する。
【００１６】筐体８は、スピンドル４を囲むように設け
られたスピンドルケース１０と、スピンドルケース１０
に内挿されたスリーブ１１とからなる。スリーブ１１
は、スピンドルとの間に空間２０を形成しており、スリ
ーブ１１の上端部、中間部、下端部において、それぞれ
ベアリング５、６、７によりスピンドル４を軸支してい
る。また、ベアリング７を支えるようにリヤーカバー１
４が、ベアリング５を支えるように第一フロントカバー
１２が、それぞれスリーブ１１に取り付けられている。
さらに、リアーカバー１４には、スリーブ１１とスピン
ドル４の間の空間２０を封止するようにステップドスリ
ーブ１９が挿入されている。一方、第一フロントカバー
１２の下側には、第二フロントカバー１３が取り付けら
れている。
られたスピンドルケース１０と、スピンドルケース１０
に内挿されたスリーブ１１とからなる。スリーブ１１
は、スピンドルとの間に空間２０を形成しており、スリ
ーブ１１の上端部、中間部、下端部において、それぞれ
ベアリング５、６、７によりスピンドル４を軸支してい
る。また、ベアリング７を支えるようにリヤーカバー１
４が、ベアリング５を支えるように第一フロントカバー
１２が、それぞれスリーブ１１に取り付けられている。
さらに、リアーカバー１４には、スリーブ１１とスピン
ドル４の間の空間２０を封止するようにステップドスリ
ーブ１９が挿入されている。一方、第一フロントカバー
１２の下側には、第二フロントカバー１３が取り付けら
れている。
【００１７】次に、図１の部分Ｘの拡大図を図２に示
す。第二フロントカバー１３の側面には、スピンドルを
冷却するための冷媒を供給する冷媒供給口１５、１６が
形成され、第二フロントカバー１３の下端とスピンドル
４の間には冷媒排出口１７が形成されている。なお、本
発明のスピンドル冷却機構は冷媒供給口１５、１６およ
び冷媒排出口１７からなっている。
す。第二フロントカバー１３の側面には、スピンドルを
冷却するための冷媒を供給する冷媒供給口１５、１６が
形成され、第二フロントカバー１３の下端とスピンドル
４の間には冷媒排出口１７が形成されている。なお、本
発明のスピンドル冷却機構は冷媒供給口１５、１６およ
び冷媒排出口１７からなっている。
【００１８】上側の冷媒供給口１５から導入された冷媒
は、スピンドル４の周方向に刻まれた上側溝４ｂと第二
フロントカバー１３の溝および第一フロントカバー２に
より形成される上部冷媒導入部１５ａに導入され、スピ
ンドル４および第一フロントカバー１２を冷却する。上
部冷媒導入部１５ａに導入された冷媒は、主に、スピン
ドル４と第一フロントカバー１２の間の隙間１８を通
り、スピンドル４とスリーブ１１の間の空間２０に導入
され、スピンドル４およびベアリング５、６、７を冷却
したのち、冷媒排出口１７から排出される。
は、スピンドル４の周方向に刻まれた上側溝４ｂと第二
フロントカバー１３の溝および第一フロントカバー２に
より形成される上部冷媒導入部１５ａに導入され、スピ
ンドル４および第一フロントカバー１２を冷却する。上
部冷媒導入部１５ａに導入された冷媒は、主に、スピン
ドル４と第一フロントカバー１２の間の隙間１８を通
り、スピンドル４とスリーブ１１の間の空間２０に導入
され、スピンドル４およびベアリング５、６、７を冷却
したのち、冷媒排出口１７から排出される。
【００１９】下側の冷媒供給口１６から導入された冷媒
は、スピンドル４の周方向に刻まれた下側溝４ａと第二
フロントカバー１３の溝とにより形成される下部冷媒導
入部１６ａに導入され、スピンドル４を冷却したのち、
冷媒排出口１７から排出される。
は、スピンドル４の周方向に刻まれた下側溝４ａと第二
フロントカバー１３の溝とにより形成される下部冷媒導
入部１６ａに導入され、スピンドル４を冷却したのち、
冷媒排出口１７から排出される。
【００２０】図３（ａ）および図３（ｂ）に示すよう
に、裏当て治具９は、長方体形状の基台５３に支持され
ている。そして基台５３の内部には、被接合材２ａ、２
ｂを全面的に冷却するための冷媒が流通する冷媒流通路
５４が形成されている。基台５３の一側面には、冷媒供
給手段であるバルブ５６と冷媒排出手段５７が設けられ
ており、ここから、冷却液などの冷媒が供給、排出され
る。また、裏当て治具９の温度を測定するための測定手
段である熱電対５５が、裏当て治具９に当接するように
基台５３の他の側面から複数挿入されている。この熱電
対５５で測定した裏当て治具９の温度に基づいて、図示
しない温度調節手段が、冷媒流通路５４に流通させる冷
媒の温度、流量、流速を制御し、裏当て治具９の表面温
度を所定の温度に保つように構成されている。
に、裏当て治具９は、長方体形状の基台５３に支持され
ている。そして基台５３の内部には、被接合材２ａ、２
ｂを全面的に冷却するための冷媒が流通する冷媒流通路
５４が形成されている。基台５３の一側面には、冷媒供
給手段であるバルブ５６と冷媒排出手段５７が設けられ
ており、ここから、冷却液などの冷媒が供給、排出され
る。また、裏当て治具９の温度を測定するための測定手
段である熱電対５５が、裏当て治具９に当接するように
基台５３の他の側面から複数挿入されている。この熱電
対５５で測定した裏当て治具９の温度に基づいて、図示
しない温度調節手段が、冷媒流通路５４に流通させる冷
媒の温度、流量、流速を制御し、裏当て治具９の表面温
度を所定の温度に保つように構成されている。
【００２１】次に、本発明の摩擦攪拌接合装置を用い
て、被接合材２ａ、２ｂを接合する場合を図１および図
４を用いて説明する。まず、基台５３の冷媒流通路５４
に冷媒を流通させて裏当て治具９および被接合材２ａ、
２ｂの温度を安定させる。次に、被接合材２ａ、２ｂを
突き合わせた境界の一端部にプローブ３を当接させ、プ
ローブ３を図４の回転矢印Ａの方向に高速回転させる。
これにより、被接合材２ａ、２ｂの境界部分とプローブ
３の間で摩擦熱が発生する。摩擦熱により被接合材２
ａ、２ｂの境界部分が軟化し始めた後、プローブ３を被
接合材２ａ、２ｂの境界線に沿って（図４の矢印Ｂの方
向）移動させる。プローブ３が通過した後の境界部分は
固化して接合部を形成する。
て、被接合材２ａ、２ｂを接合する場合を図１および図
４を用いて説明する。まず、基台５３の冷媒流通路５４
に冷媒を流通させて裏当て治具９および被接合材２ａ、
２ｂの温度を安定させる。次に、被接合材２ａ、２ｂを
突き合わせた境界の一端部にプローブ３を当接させ、プ
ローブ３を図４の回転矢印Ａの方向に高速回転させる。
これにより、被接合材２ａ、２ｂの境界部分とプローブ
３の間で摩擦熱が発生する。摩擦熱により被接合材２
ａ、２ｂの境界部分が軟化し始めた後、プローブ３を被
接合材２ａ、２ｂの境界線に沿って（図４の矢印Ｂの方
向）移動させる。プローブ３が通過した後の境界部分は
固化して接合部を形成する。
【００２２】このとき、摩擦熱がプローブ３を介してス
ピンドル４に伝わるが、スピンドル４は、スピンドル冷
却機構により冷却されるので、ベアリング５、６、７等
の劣化を防止できる。また、摩擦熱により被接合材２
ａ、２ｂが加熱されるが、裏当て治具９を介して基台５
３の冷媒流通路５４および温度調節手段により、被接合
材２ａ、２ｂの全体が均一に冷却されるので、接合によ
る被接合材２ａ、２ｂの歪みを防止できる。また、接合
部近傍に生成する熱影響部を最小限に止め、かつ、接合
部のバリの発生を抑制することができる。さらに、接合
部に直接冷媒を吹き付けないため、接合部の腐食が防止
できる。
ピンドル４に伝わるが、スピンドル４は、スピンドル冷
却機構により冷却されるので、ベアリング５、６、７等
の劣化を防止できる。また、摩擦熱により被接合材２
ａ、２ｂが加熱されるが、裏当て治具９を介して基台５
３の冷媒流通路５４および温度調節手段により、被接合
材２ａ、２ｂの全体が均一に冷却されるので、接合によ
る被接合材２ａ、２ｂの歪みを防止できる。また、接合
部近傍に生成する熱影響部を最小限に止め、かつ、接合
部のバリの発生を抑制することができる。さらに、接合
部に直接冷媒を吹き付けないため、接合部の腐食が防止
できる。
【００２３】図５は、本発明の裏当て治具の別の形態を
示す図である。図５（ａ）は基台５８を上から見た平面
図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＹ−Ｙ線断面図で
ある。裏当て治具９の基台５８は、その内部が空洞にな
っており、複数の仕切り板５９により、冷媒流通路５８
ａが形成されている。冷媒流通路５８ａの一端には、冷
媒供給手段６０ａが、他端には冷媒排出手段６０ｂが設
けられている。
示す図である。図５（ａ）は基台５８を上から見た平面
図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＹ−Ｙ線断面図で
ある。裏当て治具９の基台５８は、その内部が空洞にな
っており、複数の仕切り板５９により、冷媒流通路５８
ａが形成されている。冷媒流通路５８ａの一端には、冷
媒供給手段６０ａが、他端には冷媒排出手段６０ｂが設
けられている。
【００２４】ここで、スピンドル冷却機構および裏当て
治具９の冷却に用いられる冷媒としては、空気、オイ
ル、水、フロン、液体窒素等のスピンドル４や裏当て治
具９に蓄積された熱を取り去る効果を有する媒体が用い
られる。スピンドル冷却機構に液体冷媒を用いる場合
は、冷媒排出口１７から排出された冷媒を回収する手段
を設けることが望ましい。
治具９の冷却に用いられる冷媒としては、空気、オイ
ル、水、フロン、液体窒素等のスピンドル４や裏当て治
具９に蓄積された熱を取り去る効果を有する媒体が用い
られる。スピンドル冷却機構に液体冷媒を用いる場合
は、冷媒排出口１７から排出された冷媒を回収する手段
を設けることが望ましい。
【００２５】なお、本発明は実施の形態に限定されるも
のではなく、被接合材２ａ、２ｂはＬ型の材料や、曲線
形状を有しても良い。被接合材の形状に合わせた裏当て
治具を用いるとともに、被接合材の境界線に合わせてプ
ローブ３を二次元的かつ相対的に移動することで、複雑
な形状の被接合材も摩擦攪拌接合することができる。
のではなく、被接合材２ａ、２ｂはＬ型の材料や、曲線
形状を有しても良い。被接合材の形状に合わせた裏当て
治具を用いるとともに、被接合材の境界線に合わせてプ
ローブ３を二次元的かつ相対的に移動することで、複雑
な形状の被接合材も摩擦攪拌接合することができる。
【００２６】また、基台５３、５８に形成された冷媒流
通路５４、５８ａは等間隔に配列されているが、接合部
近傍が密になるように形成することもできる。より被接
合材の温度が高くなる接合部近傍を効率良く冷却するこ
とができる。さらに、裏当て治具９は、被接合材２ａ、
２ｂの接合部のみを支持する構成としても良い。また、
この場合は、基台５３の冷媒流通路５４は、被接合材２
ａ、２ｂの接合部のみを冷却するように形成することも
できる。そして、スピンドル冷却機構の冷媒排出機構か
ら排出された冷媒を被接合材２ａ、２ｂの接合部に吹き
付けるように構成しても良い。
通路５４、５８ａは等間隔に配列されているが、接合部
近傍が密になるように形成することもできる。より被接
合材の温度が高くなる接合部近傍を効率良く冷却するこ
とができる。さらに、裏当て治具９は、被接合材２ａ、
２ｂの接合部のみを支持する構成としても良い。また、
この場合は、基台５３の冷媒流通路５４は、被接合材２
ａ、２ｂの接合部のみを冷却するように形成することも
できる。そして、スピンドル冷却機構の冷媒排出機構か
ら排出された冷媒を被接合材２ａ、２ｂの接合部に吹き
付けるように構成しても良い。
【００２７】
【発明の効果】以上のことから、本発明によれば、摩擦
攪拌接合を行うためのプローブが連結されたスピンドル
を冷却するスピンドル冷却機構により、摩擦攪拌接合で
発生する熱がベアリング等に伝わるのを防止できる。ま
た、スピンドルの冷却は、筐体とスピンドルとの間に冷
媒を供給することにより行われる。従って、簡単な構成
でスピンドルと筐体を効率よく冷却でき、摩擦攪拌接合
装置の装置寿命を長くすることができる。
攪拌接合を行うためのプローブが連結されたスピンドル
を冷却するスピンドル冷却機構により、摩擦攪拌接合で
発生する熱がベアリング等に伝わるのを防止できる。ま
た、スピンドルの冷却は、筐体とスピンドルとの間に冷
媒を供給することにより行われる。従って、簡単な構成
でスピンドルと筐体を効率よく冷却でき、摩擦攪拌接合
装置の装置寿命を長くすることができる。
【００２８】さらに、裏当て治具は、冷媒流通路を有
し、冷媒流通路に冷媒を流通させることでワークを裏面
から冷却することができ、被接合材全体を均一に冷却で
きる。また、裏当て治具の温度を適温に調節する温度調
節手段により、被接合材を適切な温度に冷却でき、被接
合材の歪みや、被接合材の接合部の腐食や変質、バリの
発生を防止できる。
し、冷媒流通路に冷媒を流通させることでワークを裏面
から冷却することができ、被接合材全体を均一に冷却で
きる。また、裏当て治具の温度を適温に調節する温度調
節手段により、被接合材を適切な温度に冷却でき、被接
合材の歪みや、被接合材の接合部の腐食や変質、バリの
発生を防止できる。
【図１】 本発明の摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す
側面断面図である。
側面断面図である。
【図２】 図１の部分Ｘの部分拡大図である。
【図３】 本発明の基台の（ａ）平面図と、（ｂ）正面
図である。
図である。
【図４】 本発明の摩擦攪拌接合装置によりワークを接
合する場合の説明図である。
合する場合の説明図である。
【図５】 本発明の基台の別の実施の形態を示す（ａ）
平面図と、（ｂ）Ｙ−Ｙ線断面図である。
平面図と、（ｂ）Ｙ−Ｙ線断面図である。
【符号の説明】 １ 摩擦攪拌接合装置 ２ａ、２ｂ 被接合材 ３ プローブ ４ スピンドル ５、６、７ ベアリング ８ 筐体 ９ 裏当て治具 １５、１６ 冷媒供給口 １７ 冷媒排出口 ５３、５８ 基台 ５４、５８ａ 冷媒流通路 ５５ 熱電対 （測定手段） ５６ バルブ （冷媒供給手段） ５７ 冷媒排出手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松浦 比朗志 三重県員弁郡大安町大字梅戸字東山1100番 地 株式会社神戸製鋼所大安工場内 Ｆターム(参考） 4E067 BG00 BG01 BG06 EC01
Claims (7)
- 【請求項１】 被接合材を摩擦攪拌接合するプローブ
と、前記プローブを一端に支持するスピンドルと、前記
スピンドルをベアリングを介して回転自在に保持する筐
体と、前記被接合材の少なくとも接合される部分の裏面
を支持する裏当て治具とを備えてなる摩擦攪拌接合装置
であって、 前記スピンドルを冷却するためのスピンドル冷却機構を
備えたことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 【請求項２】 前記スピンドル冷却機構は、前記筐体を
貫通して前記筐体と前記スピンドルとの間に冷媒を供給
する冷媒供給口および冷媒を排出する冷媒排出口とを備
えてなることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接
合装置。 - 【請求項３】 前記裏当て治具は基台に支持され、前記
基台の内部には、冷媒流通路を有し、前記冷媒流通路に
冷媒を供給する冷媒供給手段と、前記冷媒流通路から冷
媒を排出する冷媒排出手段とを設けたことを特徴とする
請求項１または２に記載の摩擦攪拌接合装置。 - 【請求項４】 前記基台には、前記裏当て治具の温度を
測定する測定手段と、前記冷媒の温度、流量、流速の少
なくとも一つを調節する温度調節手段とを備えたことを
特徴とする請求項３に記載の摩擦攪拌接合装置。 - 【請求項５】 被接合材を摩擦攪拌接合するプローブ
と、前記プローブを一端に支持するスピンドルと、前記
スピンドルをベアリングを介して回転自在に保持する筐
体と、前記被接合材の少なくとも接合される部分の裏面
を支持する裏当て治具とを備えてなる摩擦攪拌接合装置
を用い、 前記筐体と前記スピンドルとの間に冷媒を流通せしめて
スピンドルを冷却しつつ、摩擦攪拌接合することを特徴
とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項６】 前記裏当て治具を支持する基台に冷媒流
通路を設け、前記冷媒流通路に冷媒を流通せしめて前記
裏当て治具を冷却しつつ、摩擦攪拌接合を行うことを特
徴とする請求項５に記載の摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項７】 前記裏当て治具の温度を測定し、前記裏
当て治具の温度を所定の温度に調節しつつ、摩擦攪拌接
合を行うことを特徴とする請求項６に記載の摩擦攪拌接
合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000015794A JP2001205459A (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000015794A JP2001205459A (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001205459A true JP2001205459A (ja) | 2001-07-31 |
Family
ID=18543035
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000015794A Pending JP2001205459A (ja) | 2000-01-25 | 2000-01-25 | 摩擦攪拌接合装置および摩擦攪拌接合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001205459A (ja) |
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-
2000
- 2000-01-25 JP JP2000015794A patent/JP2001205459A/ja active Pending
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