JP2001225178A - 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、中空部での接合を裏側の接合
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、ツールが中空部を有する被接合
材の中空部に挿入する際にツールの押圧に耐えるように
中空部に伸縮自在の支持部材を挿入するとともに、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部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
とその方法に関し、特に内部が中空構造の被接合体を変
形や接合欠陥を防止し、接合部の品質改善に貢献する。

【０００２】

【従来の技術】摩擦撹拌接合方法は、実質的に被接合材
の材質よりも硬い材質のツール(金属)を加工物の溶接部
に挿入し、このツールを回転させながら移動するかまた
は接合材自体を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接合する方法で
ある。これは特公表7−505090号公報（EPO615480B1）で
公知である。つまり、前記ツールと接合材との間の摩擦
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はない。さら
に、この摩擦撹拌接合方法は、従来の摩擦溶接方法のよ
うに、接合材同士を回転させてその摩擦熱による溶接方
法とは異なり、接合材を接合線長方向、つまり、長手方
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】前記、特公表7−50509
0 号公報の摩擦撹拌方法は、接合の過程で金属棒に下向
き方向に大きな荷重がかかる。このため、内部が中空の
被接合材、例えば、円筒管，ハニカム構造体などの被接
合材を前記接合材の表面方向から接合する場合、ツール
による下向き方向の荷重（反力）によって被接合材に座
屈，破壊が生じる。また、座屈や破壊が生じない場合で
も接合部に欠陥が生じ、健全な接合部が得られないと言
う問題がある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】内部が中空からなる接合
部材の摩擦撹拌接合装置又は方法において、接合部材の
中空部に伸縮自在の支持治具を配置して接合する。記載
の支持治具は油圧，水圧，空気圧，ガス圧のいずれかに
より伸縮自在になる。前記記載の伸縮自在の支持治具
は、接合前または接合の過程では伸長して接合材の裏面
に接触し、前記ツールの荷重をささえる。さらに、接合
完了後は収縮して接合材の裏面から離れ、中空部から容
易に取り出すことができる。

【０００５】被接合材が接合方向に長い場合は、前記支
持治具は複数に分割されていることにより前記金属棒か
らの荷重を均一かつ、効率的に受けることができる。さ
らに、前記中空部への配置及び取り出しも容易にでき
る。

【０００６】前記、伸縮自在の機能は油圧または水圧ま
たはガス，空気圧などにより、シリンダ内のピストンを
作動することにより可能である。前記、ピストンは前記
ツールの荷重に耐える構造である。つまり、前記機能の
ような長さが任意に調整できる支持機構を中空部に配置
することにより、中空部の内面側からツールの下向き方
向の荷重を効率的に受けることができる。このため、内
部が中空部材の場合でも接合材に変形及び座屈を生じる
ことなく接合できる。

【０００７】伸縮自在の機能を有する支持治具は、接合
過程で接合材の裏面に接触して前記ツールの荷重に耐
え、接合完了後は接合材の裏面から離れ、離脱可能であ
ること、支持治具は、油圧，水圧，空気圧，ガス圧のい
ずれかが用いられ、接合長手方向に複数に分割されてい
ることが好ましい。本発明の方法で接合された接合構造
物又は車両構体にある。

【０００８】本発明は、架台に載置固定された内部が中
空構造の被接合材よりも硬い材質のツールを前記被接合
材の前記中空部に当る接合部に挿入し、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、前記中
空部に挿入し前記接合時に受ける前記ツールの荷重を支
える方向に伸縮自在である支持装置と、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する前記ツールと、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とを有す
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０.０５〜０.２０mm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。

【０００９】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。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。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。

【００１０】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、手動また
は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。

【００１１】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。

【００１２】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。

【００１３】（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。

【００１４】（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。

【００１５】（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。

【００１６】（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
作業をより効率的に達成できる。

【００１７】（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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】

【発明の実施の形態】（実施例１）図１はアルミ合金を
押出し成型して製作した鉄道車両用の側外板を本発明に
よって接合する場合の斜視図を示す。接合用のツール１
は工具鋼からなり、前記ツール１の先端部分は細く加工
され、先端より太いショルダー部から構成されている。
前記ツールを回転２させながら、前記ツールの細い部分
を前記側外板の接合部に挿入し、接合線方向に移動３す
ることにより、摩擦熱と塑性流動が生じて接合される。

【００２４】押出し成型により製作された前記側外板４
及び５は、表面及び裏面の面板６、さらに複数の中リブ
７及び８から構成される内部が中空のハニカム構造であ
る。前記、側外板４及び５は高さ５０mm，幅４００mm，
長さ２５ｍのアルミ合金のＪＩＳ規格６０６３である。

【００２５】前記、荷重支持治具１０は、中空部の前記
接合部９の裏面に配置される。

【００２６】図２の（ａ）は前記荷重支持治具１０の接
合前の配置方法と配置状態を示す。前記荷重支持治具１
０は、接合前に一方の側外板４の接合部９の裏面に配置
される。次にさらに一方の側外板が荷重支持治具１０を
囲むように配置される。ここで、側外板４と側外板５
は、接合部９の一部がお互い重なりあって配置される。
なお、接合部９は局部的に高さが１mm程度高くなってい
る。この高い部分は接合後、前記ツールの回転によって
切削され、側外板の表面と同じ高さになる。

【００２７】荷重支持治具１０は、シリンダ１１，ピス
トン１２、前記ピストンと連結して荷重を受ける荷重支
持板１３，圧力可変部１４，油圧用オイル１５並びに油
圧調整弁１６からなる。前記荷重支持板１３の大きさ
は、前記ツール１の太い部分の径と同等が望ましい。な
お、本実施例における側外板の長さは２５ｍと長いた
め、荷重支持治具１０が接合部の裏面に均一に接触しな
いことがある。このため、荷重支持板１３で荷重を均一
かつ効率的に受けることが困難である。さらに接合の途
中で前記側外板の中空部の高さが変化することがあるた
め、前記荷重支持治具の高さも前記中空部の高さの変化
に対応することが望ましい。従って、本実施例では、前
記荷重支持治具１０は２０個に分割して配置している。
つまり、２０個に分割された荷重支持具治は油圧切り替
え弁により接合の進行とともに各ピストンが作動して順
次荷重を均一かつ効率的に受ける。

【００２８】図２（ｂ）は接合中の荷重支持治具１０の
配置状態を示す。荷重支持治具１０は、油圧によりピス
トン１１が伸長して荷重支持板１３が接合部９の裏面に
接触する。接合の開始と同時に前記ツール１により約７
００kgf の下向き荷重がかかる。この状態で車両用の側
外板４及び５は、前記ツール１の回転と接合線方向への
移動により接合される。

【００２９】接合中、この荷重を前記荷重支持治具１０
で受ける。

【００３０】なお、ツール１の先端部の径は６mm，長さ
は３mm，太いショルダー部分の径は２０mmである。前記
ツールの回転数は１０００rpm ，接合速度は５００mm／
minである。前記接合条件のもとで表面側及び裏面側が
接合された後、油圧シリンダの圧力を抜き、シリンダの
ヘッド部を前記接合部の裏面から離して、前記、荷重支
持治具を引き抜く。

【００３１】前記、本発明の接合方法により内部が中空
の側外板を接合して、鉄道用の車両用の構体を製作す
る。

【００３２】図３は前述の被接合材を接合する本発明の
摩擦接合装置全体の基本構成を示す側面図、図４は正面
図を示す。

【００３３】図に示すように、ツール１の回転及び傾斜
角度調節機構３２，ツール駆動機構３３，ツール１の上
下３４及び左右３５の移動機構、ツールヘッド３６，ツ
ールヘッド３６を接合方向に移動する機構、ヘッド移動
機構３７，被接合材３８の固定用の架台２３，拘束機構
４０，接合過程の接合状態を監視可能な監視装置４１を
有するものである。

【００３４】（１）前述のツール１の駆動機構３３は、
ツール回転用の駆動モータ２４及び傾斜角度調節機構３
２からなっている。ツールの回転は、電動機から直接ま
たは歯車、またはベルトを介して行われる。なお、ツー
ルの回転数は、電動機と連結するインバータ制御装置に
より回転数は５００〜３０００rpm の間で任意に調整で
きる。また、回転方向の変更もインバータ制御装置によ
り自動的な制御が可能である。

【００３５】ツール１の傾斜角度４２の調節は、インデ
ックスシャフトとプレートにより手動で調節できる。さ
らに電動機を介して自動的にも調節できる。前記傾斜角
度４２は、０〜１０度の範囲で任意に調整できる。

【００３６】（２）のツールヘッド３６は、ツールを上
下方向３４に移動する駆動機構４３及び左右方向３５に
移動する駆動機構４４からなり、前記ツールヘッド３６
は門型のフレーム４５に固定される。ツールの上下方向
３４の移動は手動ハンドル４６またはツール上下方向駆
動モータ４３とスクリュージャッキ４７を介して可能で
ある。さらにツールの左右方向３４の移動は、手動ハン
ドル４８または移動用のツール左右方向駆動モータ４４
とボールスクリュー４９を介して可能である。

【００３７】（３）ツールヘッド機構３６は前記門型の
フレーム４５に固定され、前記フレームと共に接合方向
２０に移動するツールヘッド駆動装置３７により移動す
る。前記フレーム４５の移動は、手動または電動機と歯
車を介して可能である。つまり、ツールを回転した状態
で前記門型フレーム４５が接合方向２０に移動すること
により接合が可能となる。なお、前記移動速度は１００
〜２０００mm／min の間で任意に調整できる。

【００３８】（４）被接合材３８の固定用の架台２３及
び拘束機構４０は、被接合材３８を表面方向または側面
方向から固定し、かつ、拘束する機構が備えられてい
る。被接合材３８の拘束はボルトによる手動でも可能で
ある。さらに、油圧または水圧または圧縮空気により自
動的にも可能である。油圧および圧縮空気による拘束は
最大３０００kgf まで可能である。

【００３９】一方、拘束機構は固定用の架台２３に配置
された拘束機構４０とは別に、前記ツール１と同軸方向
にも拘束機構２１が取り付けられている。固定用テーブ
ル３９は架台２３上に直接被接合材３８を載置してツー
ル１によって接合すると架台２３がツール１によって損
傷を受けるので、その損傷を防止するために設けるもの
である。

【００４０】（５）接合過程の監視装置４１は、接合過
程の接合近傍をＣＣＤカメラにより光学的に監視でき
る。さらに、被接合材表面からのツールの深さ方向の監
視はレーザ変位計２２またはダイヤルゲージで監視可能
である。

【００４１】これらは全て架台２３の上に門型フレーム
を介して配置される。

【００４２】上述の摩擦接合装置により長尺かつ、広幅
の被接合材でも安定に接合が可能となる。さらにツール
の傾斜角度及びツールの回転方向が自由に調節できるた
め、往路と復路が接合できる。

【００４３】図５は本実施例に係るツール１の被接合材
へのツール１の回転しながら接合する際の接合時の挿入
状況を示す断面図である。本実施例ではツール１はツー
ル１のショルダー部５６が接合方向５７に対して右肩上
がりになっており、ショルダー部５６の先行部分に被接
合材３８の表面に対して空隙ａを設けて被接合材がショ
ルダー部で切削されないようにし、後行部分ではｂの間
隔で被接合材に押込むものである。また、被接合材３８
にはショルダー部５６の径よりも少し広い突起５５が接
合部に設けられている。

【００４４】ａ及びｂの間隔は共に１mm以内であり、好
ましくは０.２〜０.６mmである。また、これら間隔は被
溶接材の厚さが厚い場合はツールのネジ部及びショルダ
ー径が大きくなるので、その間隔は大きくなり、許容範
囲は比例した関係を有するものである。

【００４５】ツール１の被接合材３８の表面に対してθ
のように傾斜させるが、この角度は１０度以内が好まし
く、３〜７度とするのがより好ましい。被接合材３８の
接合の厚さによってその角度は大きくする方が好まし
い。

【００４６】更に、ツール１と架台２３との間隔ｃはツ
ール１の架台２３との直接の接触を防ぎ両者の損傷を防
ぐために必要である。しかし、その間隔ｃが大きすぎる
と被接合材３８の裏面での接合が不十分となるので、十
分な接合を得るためには被接合材３８の厚さとも関係す
るが、０.４mm 以下とすること、好ましくは０.０５〜
０.２mm とするものである。それによって良好な接合が
得られるものである。ツール１は被接合材３８内に挿入
されるネジ部５９とショルダー部５６とを有し、ネジ部
５９は先端部にネジが形成されており、本実施例ではよ
り接合幅を小さくしたシャープな接合部を形成できるよ
うにネック部５４をネジ部よりも細径にしたものであ
る。ネジ部の最大径はネック部５４の後の１.１〜１.５
倍とするのが好ましい。

【００４７】（実施例２）図６はアルミ合金を押出し成
型して製作した船舶用の内部が中空のハニカムパネルを
本発明によって接合する実施例を示す。接合用のツール
１の形状は実施例１の形状と同じである。また、荷重支
持治具１０の構造と機構は実施例１と同じ形状である。
ただし、前記ツール及び荷重支持治具１０は接合作業を
効率的に行うため、横向きに配置され、接合部の両面か
ら水平方向に同時に接合される。

【００４８】図６の押出し成型により製作された接合材
４及び５は、複数の中リブ６，７を有し、内部が中空の
ハニカム構造である。前記、側外板４及び５は高さ３０
mm，幅４００mm，長さ１０ｍのＪＩＳ規格６Ｎ０１のア
ルミ合金である。前記、側外板の一方の接合部９は、中
リブ７が斜めに交わる交差部で接合される。このため、
この部分の前記ツール１の荷重を受ける荷重支持板１３
の形状は前記接合部の裏面の形状と同様の半円弧状にな
っている。つまり、荷重支持板の形状は、接合防裏面の
形状と同じである。一方、前記接合材の一方は平滑な面
板部で接合されるため、前記荷重支持板の形状も平滑で
ある。

【００４９】前記荷重支持治具１０の配置及び接合は次
の順序で行われる。

【００５０】まず、実施例１と同様に接合前に一方のハ
ニカムパネルの中空部に荷重支持治具１０を配置する。
次に一方のハニカムパネルを荷重支持治具１０を囲むよ
うに配置する。

【００５１】次にピストン１２が油圧により伸びて荷重
支持板１３が接合部９の裏面に接触する。接合の開始と
同時に前記ツールによる約８００kgf の下向き荷重が作
用する。接合中はこの荷重をピストン１２と荷重支持板
１３で受ける。この状態で前記ハニカムパネル４及び５
は、前記ツール１の回転と接合線方向への移動により接
合される。なお、前記ツール１の形状は実施例１と同じ
である。回転数は1500rpm ，接合速度は６００mm／min
である。前記接合条件のもとで表面側及び裏面側が接合
された後、油圧シリンダの圧力を抜き、シリンダのヘッ
ド部を前記接合部の裏面から離して、前記、荷重支持治
具を引き抜く。前記、本発明の接合方法により内部が中
空の接合材を接合して、船舶用の構体を製作する。

【００５２】（実施例３）図４はアルミ合金からなる円
筒管１７を本発明により接合する場合の断面図である。
アルミ合金はＪＩＳ規格５０８３からなる厚さ３mm，内
径１００mm，長さ１０ｍの円筒管形状である。

【００５３】前記アルミ合金は板材を曲げ加工により円
筒状に加工後、接合部９を摩擦撹拌接合して、接合構造
の円筒管とするものである。

【００５４】図４の前記円筒管１７の中空部に配置した
塩化ビニールからなる伸縮自在の荷重支持用のチューブ
１８である。接合の開始と同時に前記チューブに水圧１
９をかけて膨張させる、前記円筒管の接合部に接触させ
る。前記パイプ内の水圧は２０kgf である。なお、ツー
ル１の先端部の径は８mm，長さは２.８mm ，太いショル
ダー部分の径は２０mmである。前記ツールの回転数は８
００rpm ，接合速度は３００mm／min である。前記接合
条件のもとで接合した後、水圧を抜いて前記接合部の裏
面から離して前記チューブ１８を前記円筒管から引き抜
く。前記本発明では荷重支持する圧力として水を利用し
ているため、接合部の裏面側から前記円筒管が冷却され
る。このため、前記ツール１と円筒管１７との摩擦熱に
よる熱歪みが減少できる。従って、精度の高い円筒管が
製作できる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、内部が中空構造のハニ
カム及び円筒管の内面に長さが任意に調整でき、かつツ
ールの荷重に耐える支持機構を配置することにより、変
形及び座屈が防止できる。さらに接合部に欠陥のない健
全な接合構造が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の摩擦接合方法を示す斜視図である。

【図２】図１の詳細な断面図である。

【図３】本発明の摩擦接合装置の側面図である。

【図４】図３の正面図である。

【図５】本発明の摩擦接合におけるツールと被接合材と
の関係を示す断面図である。

【図６】本発明の摩擦接合方法を示す断面図である。

【図７】本発明の摩擦接合方法を示す断面図である。

【符号の説明】

１…ツール、２…ツールの回転方向、３…接合方向、
４，５…車両用の側外板、６…面板、７，８…中リブ、
９…接合部、１０…荷重支持治具、１１…シリンダ、１
２…ピストン、１３…荷重支持板、１４…圧力可変部、
１５…油圧オイル、１６…油圧調節弁、１７…アルミ円
筒管、１８…荷重支持用チューブ、１９…水圧、２０…
接合方向、２１…ツール軸と平行の拘束機構、２３…架
台、２４…ツール回転用の駆動モータ、３２…傾斜角度
調節機構、３３…ツール駆動機構、３４…ツールの上下
方向移動、３５…ツールの左右方向移動、３６…ツール
ヘッド、３７…ツールヘッド駆動装置、３８…被接合
材、３９…固定用テーブル、４０…拘束機構、４１…監
視装置、４２…ツールの傾斜角度方向、４３…ツール上
下方向駆動モータ、４４…ツール左右方向駆動モータ、
４５…門型フレーム、４６…ツール上下方向移動用の手
動ハンドル、４７…スクリュウージャッキ、４８…ツー
ル左右方向移動用の手段ハンドル、４９…ツール左右方
向駆動用ボールスクリュー、５４…ネック部、５５…突
起、５６…ショルダー部、５７…接合方向、５８…回転
方向、５９…ネジ部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 101:04 Ｂ２３Ｋ 101:04 (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 CA02 CA04 CA05 EA00 EC01 EC09

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】架台に載置固定された内部が中空構造の被
   接合材よりも硬い材質のツールを前記被接合材の前記中
   空部に当る接合部に挿入し、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、前記中空部に挿入
   し前記接合時に受ける前記ツールの荷重を支える方向に
   伸縮自在である支持装置と、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
   ダー部とを有する前記ツールと、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とを有することを特
   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内部が中空構造の
    被接合材よりも硬い材質のツールを前記被接合材の前記
    中空部に当る接合部に挿入し、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、前記接合部を前
    記接合時に受ける前記ツールの荷重を支える方向に対し
    て伸縮自在に支持するとともに、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
    押込み量を調節しながら接合することを特徴とする摩擦
    接合方法。