JP2001321966A - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
摩擦攪拌接合方法Info
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Abstract
接合を容易に行えるようにすることにある。 【解決手段】 数値制御式工作機械の主軸30に回転工
具50を設置する。主軸30は傾斜していない。テーブ
ル20には被接合部材の第1の部材70と第2の部材7
6とを固定している。回転工具50の軸心に対して、第
1の部材70と第2の部材76との接合部が傾斜するよ
うにテーブル20を傾斜させた状態で、テーブル20を
回転させて接合すべき部分を回転工具50に対して移動
させ、接合すべき部分を摩擦攪拌接合する。前記傾斜は
摩擦攪拌接合の際に必要な傾斜である。
Description
するものであり、例えば、円形の接合に関するものであ
る。
0797043A2)のように、摩擦攪拌接合方法は、
接合部に挿入した丸棒(回転工具という。)を回転させ
ながら接合線に沿って移動させ、接合部を発熱、軟化さ
せ、塑性流動させ、固相接合する方法である。回転工具
は、接合部に挿入する小径部(ピンという。)と、外部に
位置する大径部(ショルダという。)と、からなる。小径
部と大径部は同軸である。大径部側を回転させる。
の部材の接合線が環状(円形状)である場合の接合方法
である。接合の始端と終端とを重ねた後、終端を接合線
の環状の内部または外部で終了させている。これは、摩
擦攪拌接合が終了し、回転工具を被接合部材から抜く
と、被接合部材に回転工具のピンによる穴が残る。この
抜く位置が接合すべき環状の位置であれば、強度の問題
が生じるためである。
部と、外部に位置する大径部とからなる。回転工具は傾
斜して部材に挿入されている。傾斜方向は、回転工具の
移動方向(接合すべき方向)において、回転工具の軸心
の小径部側が該回転工具の大径部側よりも前方に位置す
るように傾斜している。つまり、回転工具は後方に傾斜
している。なお、このことは特表平9−508073号
(EP 0752926B1)にも示されている。
7855号公報では傾斜した回転工具を円形状に移動さ
せている。傾斜させた回転工具を円形状に移動させるこ
とは極めて困難である。種々の円形に対応できるように
するために、数値制御式の工作機で接合することが考え
られる。こては、テーブルに被接合部材を固定し、主軸
に回転工具を設置し、主軸を傾斜させ、主軸を円形に移
動させる。しかし、円形の移動方向に主軸の傾斜角度を
所定に保つことは、円形に移動しつつ傾斜方向を変化さ
せることが必要になり、プログラムの作成が容易ではな
い。
を含む)の摩擦攪拌接合を容易に行えるようにすること
にある。
または垂直に向いた主軸に、摩擦攪拌接合用回転工具を
設置するとともに、前記回転工具の先端に対向したテー
ブルに、第1の部材と第2の部材とを固定し、前記第1
の部材と前記第2の部材との接合すべき方向において、
前記回転工具の軸心の小径部側が該回転工具の大径部側
よりも前方に位置するように、前記テーブルの軸心を傾
斜させた状態で、前記テーブルを回転させて前記接合す
べき部分を前記回転工具に対して移動させ、前記接合す
べき部分を摩擦攪拌接合すること、によって達成でき
る。
により説明する。図1は図5のI−I断面図に相当す
る。10は数値制御式の工作機械である。通常、マシニ
ングセンターと呼ばれている。工作機械は、被加工物
(被接合部材)を載せるテーブル20、被接合部材を加
工する主軸30とからなる。主軸30は回転できる。こ
の実施例の工作機械は横軸型であり、主軸30の軸方向
は水平方向を向いている。被接合部材を載せる(固定す
る)テーブル20の面は実質的に垂直方向に沿ってい
る。この面は傾斜できる。テーブル20はテーブル20
の軸(実質的に水平方向に沿っている。)を中心として
傾斜できる。テーブル20はテーブル20の軸(実質的
に水平方向に沿っている。)を中心として回転できる。
テーブル20を傾斜させた状態において、テーブル20
の軸を中心として、テーブル20を回転させることがで
きる。
の作業目的の切削用の回転工具または摩擦攪拌接合用の
回転工具50を取り付けることができる。ここでは摩擦
攪拌接合用の回転工具50を設置している。回転工具5
0の先端はテーブル20側を向いている。主軸30およ
び回転工具50の軸心は水平方向を向いている。回転工
具50は主軸によって回転させられる。主軸30の先端
は軸方向に移動できる。また、主軸30は軸方向に対し
て半径方向に移動できる。
手段で固定されている。部材70は主軸30側に円形の
窪み71がある。円形の窪み71の外周部には段部72
がある。段部72およびこれよりも外面は実質的に平ら
である。この平らの面は円形の軸方向に対して直角方向
である。
る。部材70の外面と蓋76の外面とは同一面である。
蓋76の円周と段部72の円周との突き合わせ部を摩擦
攪拌接合する。このため、接合すべき部分(接合線)7
9は円形となる。79bは接合によって生じた接合ビー
ドを示す。部材70と蓋76との突き合わせ部を間欠的
に仮止めのアーク溶接をしている。この仮止め溶接の
後、部材70をテーブル20に固定し、摩擦攪拌接合を
行う。摩擦攪拌接合の後、窪み71と蓋76とからなる
空間は冷却通路となる。冷却通路の入り口、出口は図示
していない。部材70および蓋76は冷却器の一部であ
る。部材70および蓋76はアルミニウム合金製であ
る。
回転中心として回転する。テーブル20の回転中心と円
形の接合線79の中心とは一致している。主軸30に固
定した回転工具50は接合線79の円周方向には移動
(回転)しない。回転工具50は主軸30の回転によっ
て自転するのみである。テーブル20の回転によって、
回転工具50は接合線79に対して相対的に移動する。
接合線79の水平方向の一方の位置50Sに位置する。
この位置50Sにおいて、テーブル20は摩擦攪拌接合
時の回転工具50の相対的な移動方向に対して傾斜して
いる。傾斜方向は、前記移動方向(接合すべき方向)に
おいて、回転工具50の軸心の小径部52側が回転工具
の大径部51側よりも前方に位置するように傾斜してい
る。テーブル20を基準にすれば、テーブル20の回転
方向において、回転工具50の軸心の小径部52側が回
転工具50の大径部52側よりも後方に位置するよう
に、傾斜している。傾斜角度θは例えば3度である。図
3、図5においては、円形の接合線79の水平方向の一
方の位置50Sに回転工具50が位置し、テーブル20
は右回転するので、テーブル20(部材70)の上側が
下側よりも回転工具50から離れるように傾斜してい
る。
テーブル20に、蓋76を仮止め溶接した部材70を固
定する。回転工具50は所定位置50Sに位置してい
る。この状態で、主軸30を回転(自転)させつつ、回
転工具50を軸方向に突出させ、回転工具50の小径部
52を突き合わせ部(50S)に挿入する。所定量挿入
すると突出を停止する。挿入位置は図3の50Sの位置
である。位置50Sは接合の開始点になる(ステップS
11)。
で、テーブル20を回転させる。回転方向は右回転であ
る(ステップS13)。回転の中心は円形の接合線79
の中心である。これによって、回転工具50は接合線7
9に沿って相対的に移動し、突き合わせ部は摩擦攪拌接
合される。79bはこれによる接合ビードである。
50を挿入した位置50Sに至っても、すなわちテーブ
ル20が360度回転しても、テーブル20の回転は継
続させる。これによって、接合の開始点50Sから再度
摩擦攪拌接合される。
ル20を回転させたら、主軸30を半径方向に移動させ
る(ステップS15)。ここでは主軸30を円形の接合
線79の外側の方向に移動させる。テーブル20は回転
を継続している。テーブルの傾斜角度θは変更しない。
このため、円形の接合線79の外側に円弧状の接合ビー
ド79cができる。360度+αから(主軸30を半径
方向に移動を開始してから)の回転工具50の相対的な
移動方向に対する回転工具50の傾斜角度θは前記3度
にはならない。ここは正規に摩擦攪拌接合すべき部分で
はないので、正規の摩擦攪拌接合ではなくてもよい。
たら、主軸30(すなわち、回転工具50)を後退さ
せ、部材70から抜く(ステップS17)。主軸20の
後退位置は主軸20の移動量を求めて判断する。後退位
置は部材70の外径よりも内側である。回転工具50を
部材70から抜いた位置(接合の終点)には回転工具5
0の小径部52の外径に相当する孔55が残る。
り外し、他の工作機械によって、部材70の不要部分を
切削する。ここでは、円形の接合線79の外側の部材7
0を切削して円形にする(ステップS21)。図5と図
6の74はこの切削位置を示している。この切削は、接
合の終点に孔55が開いているので、部材70の外周部
を機械加工によって切削して除くものである。また、接
合部にはバリがあったり、凹みがあったりするので、必
要により、接合する面(図6の上面)側を切削する。そ
の結果、接合終了箇所の孔55は取り除かれ、接合する
側の面は平滑になり、良好な製品外観を確保できる。
つ円形に移動させる必要がない。主軸30(回転工具5
0)を傾斜させることのできない工作機械を用いて摩擦
攪拌接合を行うことができる。また、主軸30を傾斜さ
せることができる場合において、円形の移動方向に所定
角度θを保ちつつ移動させるプログラムの設計は面倒で
高価である。しかし、上記実施例では、傾斜角度はテー
ブル20によって与えているので、この状態で回転させ
れば、面倒で高価なプログラムの設計が不要になる。こ
のため、上記実施例によれば、既存の工作機械を用い
て、容易に、安価に摩擦攪拌接合ができるものである。
の孔55をドリル等で貫通させ、ボルト用の孔等にでき
る。また、孔55をTIG溶接(tungsten inert gas w
elding)で埋め、接合した面側を切削する。TIG溶接
の溶接棒には部材50と同一の材料を用いる。これによ
れば、塗装をしない場合において、孔55の溶接部が見
えにくくなる。
る光学式センサーを設け、このセンサーの値によって主
軸の位置を移動させることができる。この移動方向はテ
ーブルの回転による移動方向に対して直角方向である。
これによれば、突き合わせ部の第1の部材(70)の精
度、第2の部材(76)の精度が悪くても、回転工具の
軸心を突き合わせ部(接合線79)の中心に位置させる
ことができる。
の自由曲線、環状でない円弧状、環状でない自由曲線の
接合も同様にできる。自由曲線の場合、接合部分の円弧
の中心を中心としてテーブル20を回転させるととも
に、テーブル20を直線移動させる。工作機械が数値制
御式のため、容易に種々の曲線に対応して接合すること
ができる。円弧状の場合の接合の終点の孔55は溶接ま
たはろう付けで埋めることになろう。また、接合線が直
線の四辺からなる環状の接合にも適用できる。この場
合、四辺の接合にあたってはテーブルを直線移動させ
る。辺の交点部分またはその近傍の円弧部分はテーブル
20を回転させる。
つの部材を重ねた部分を接合することもできる。また、
縦型工作機械にも利用できる。円形の接合線の内側で接
合を終了した場合は、例えば座ぐり加工によって内側の
部材を除去する。
ておき、相対的移動のための回転はテーブル20で行う
ことができる。回転工具の傾斜と回転工具の円形移動の
ための回転とを分離しているので、安価に容易にできる
ものである。
各請求項に記載の文言あるいは課題を解決するための手
段の項に記載の文言に限定されず、当業者がそれから容
易に置き換えられる範囲にも及ぶものである。
線、円弧状の摩擦攪拌接合を容易に行えるものである。
図。
6相当図。
材、76:蓋、79:接合線。
Claims (23)
- 【請求項1】 軸心が水平または垂直に向いた主軸に、
摩擦攪拌接合用回転工具を設置するとともに、前記回転
工具の先端に対向したテーブルに、第1の部材と第2の
部材とを固定し、 前記第1の部材と前記第2の部材との接合すべき方向に
おいて、前記回転工具の軸心の小径部側が該回転工具の
大径部側よりも前方に位置するように、前記テーブルの
軸心を傾斜させた状態で、前記テーブルを回転させて前
記接合すべき部分を前記回転工具に対して移動させ、前
記接合すべき部分を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2】 請求項1の摩擦攪拌接合方法において、
前記工作機械は数値制御式工作機械であること、を特徴
とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項3】 請求項1の摩擦攪拌接合方法において、
前記摩擦攪拌接合の際に、前記テーブルの回転と共に、
該テーブルを直線移動させること、を特徴とする摩擦攪
拌接合方法。 - 【請求項4】 請求項1の摩擦攪拌接合方法において、
前記摩擦攪拌接合の際に、前記テーブルの回転、該テー
ブルの直線移動を独立して行うこと、を特徴とする摩擦
攪拌接合方法。 - 【請求項5】 請求項1の摩擦攪拌接合方法において、
前記主軸を支持する部材に、接合すべき部分を検出する
センサーを備え、 前記回転工具が前記第1の部材と前記第2の部材との接
合すべき部分に位置するように、前記センサーの検出値
によって、前記主軸を支持する部材を前記テーブルに対
して相対的に移動させること、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項6】 軸心が水平または垂直に向いた主軸に摩
擦攪拌接合用回転工具を設置するとともに、前記回転工
具の先端に対向したテーブルに、第1の部材と第2の部
材とを固定し、 前記第1の部材と前記第2の部材との接合すべき方向に
おいて、前記回転工具の軸心の小径部側が該回転工具の
大径部側よりも前方に位置するように、前記回転工具の
軸心を傾斜させた状態で、前記テーブルを回転させて前
記接合すべき部分を前記回転工具に対して移動させ、前
記接合すべき部分を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7】 請求項6の摩擦攪拌接合方法において、
前記工作機械は数値制御式工作機械であること、を特徴
とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項8】 請求項6の摩擦攪拌接合方法において、
前記摩擦攪拌接合の際に、前記テーブルの回転と共に、
該テーブルを直線移動させること、を特徴とする摩擦攪
拌接合方法。 - 【請求項9】 請求項6の摩擦攪拌接合方法において、
前記摩擦攪拌接合の際に、前記テーブルの回転、該テー
ブルの直線移動を独立して行うこと、を特徴とする摩擦
攪拌接合方法。 - 【請求項10】 請求項6の摩擦攪拌接合方法におい
て、前記主軸を支持する部材に、接合すべき部分を検出
するセンサーを備え、 前記回転工具が前記第1の部材と前記第2の部材との接
合すべき部分に位置するように、前記センサーの検出値
によって、前記主軸を支持する部材を前記テーブルに対
して相対的に移動させること、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項11】 環状の端面を持つ第1の部材と、前記
環状の端面に突き合わせた第2の部材とを摩擦攪拌接合
する場合において、前記突き合わせた部分に沿って環状
に接合した後、前記環状の接合線の内側または外側にお
いて前記摩擦攪拌接合を終了し、 前記終了した内側または外側を機械加工により取り除く
こと、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項12】 第1の部材と第2の部材とを環状に摩
擦攪拌接合し、前記環状の接合線の内側または外側にお
いて前記摩擦攪拌接合を終了し、 前記終了した内側または外側を機械加工により取り除く
こと、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項13】 第1の部材と第2の部材とを摩擦攪拌
接合用回転工具を用いて摩擦攪拌接合し、 前記第1の部材または前記第2の部材の少なくとも一方
の部材から前記回転工具を抜き、 次に、前記回転工具を抜くことによって生じた孔を金属
材料によって埋めること、 を特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 【請求項14】 請求項13の摩擦攪拌接合方法におい
て、前記孔に対して前記少なくも一方の部材と自質的に
同一材料を用いてTIG溶接(tungsten inert gas wel
ding)を行い、前記孔を埋めること、を特徴とする摩擦
攪拌接合方法。 - 【請求項15】 第1の部材と第2の部材とが環状に摩
擦攪拌接合されており、 前記摩擦攪拌接合は前記第1の部材の一方の面側から行
われており、 前記摩擦攪拌接合した部分に連続して前記環状の半径方
向の外側に第2の摩擦攪拌接合した部分があり、該第2
の摩擦攪拌接合した部分の端部は前記第1の部材または
前記第2部材の半径方向の外側または内側の端面にある
こと、 を特徴とする接合体。 - 【請求項16】 1組の部材を固定する面を垂直面また
は水平面に対して傾斜させた状態で回転させることがで
きるテーブルと、 前記水平面または垂直面に対向しており、水平方向また
は垂直方向に沿った軸心を有し、先端に摩擦攪拌接合用
の回転工具を取り付けた状態で回転可能な主軸と、から
なり、 前記テーブルの方向は、該テーブルの回転方向におい
て、前記回転工具の軸心の小径部側が該回転工具の大径
部側よりも後方に位置するように、前記回転工具の軸心
を傾斜可能であること、 特徴とする工作機械。 - 【請求項17】 請求項16の工作機械において、前記
主軸はその先端をその軸心に沿って移動可能に設けてい
ること、を特徴とする工作機械。 - 【請求項18】 請求項16の工作機械において、前記
回転テーブルの回転中に前記主軸を該主軸の半径方向に
移動可能に設けていること、を特徴とする工作機械。 - 【請求項19】 請求項16の工作機械において、前記
テーブルの回転中にその軸心の半径方向に該テーブルを
移動可能に設けていること、を特徴とする工作機械。 - 【請求項20】 1組の部材を固定する面を回転させる
ことができるテーブルと、 前記テーブルの水平面または垂直面に対して軸心を傾斜
させており、先端に摩擦攪拌接合用回転工具を取り付け
た状態で回転可能な主軸と、からなり、 前記主軸の傾斜方向は、前記テーブルの回転方向におい
て、前記回転工具の軸心の小径部側が該回転工具の大径
部側よりも後方に位置するように、前記回転工具の軸心
を傾斜可能であること、 からなる工作機械。 - 【請求項21】 請求項20の工作機械において、前記
主軸はその先端をその軸心に沿って移動可能に設けてい
ること、を特徴とする工作機械。 - 【請求項22】 請求項20の工作機械において、前記
回転テーブルの回転中に前記主軸を該主軸の半径方向に
移動可能に設けていること、を特徴とする工作機械。 - 【請求項23】 請求項20の工作機械において、前記
テーブルの回転中にその軸心の半径方向に該テーブルを
移動可能に設けていること、を特徴とする工作機械。
Priority Applications (14)
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US09/781,289 US6722555B2 (en) | 2000-03-06 | 2001-02-13 | Friction stir welding method |
EP02025240A EP1293288A1 (en) | 2000-03-06 | 2001-02-15 | Friction stir welding method for welding two workpieces along a continuous ring |
DE60102963T DE60102963T2 (de) | 2000-03-06 | 2001-02-15 | Drehendes Reibungschweissen |
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CNB2004100644857A CN1301176C (zh) | 2000-03-06 | 2001-02-15 | 摩擦搅拌焊接用机床 |
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