JP2003062681A - Friction stirring type jointing device - Google Patents

Friction stirring type jointing device

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JP2003062681A
JP2003062681A JP2001256950A JP2001256950A JP2003062681A JP 2003062681 A JP2003062681 A JP 2003062681A JP 2001256950 A JP2001256950 A JP 2001256950A JP 2001256950 A JP2001256950 A JP 2001256950A JP 2003062681 A JP2003062681 A JP 2003062681A
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friction stir
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-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
    • B23K20/122Non-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
    • B23K20/128Non-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 making use of additional material

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a friction stirring type jointing device enabling a jointing without formation of any recessed portion or cavity. SOLUTION: The friction stirring type jointing device 1 is provided with a rotor 2 and a servo motor 4, and the rotor 2 comprises a rotor supporting member 3 and a rotor main body 9. A turning force is transmitted from the servo motor 4 to the rotor supporting member 3 via a timing belt 24. A guide hole 17 is formed on the rotor 2 along an axis line L, into which a metal material bar 8 is inserted. The metal material bar 8 is pushed down from a delivery means 23 provided on upper side, and feeded out from the end of a pin 7. In jointing, the feeded metal material bar 8 is softened and stirred by the frictional heat generated due to rotation of the rotor 2, to be jointed as one together with a base metal.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、回転による摩擦熱
で被接合物を軟化、攪拌して接合する摩擦攪拌接合装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a friction stir welding apparatus for softening and stirring objects to be welded by frictional heat generated by rotation.

【0002】[0002]

【従来の技術】図13は、典型的な従来の摩擦攪拌接合
装置50を示す斜視図である。摩擦攪拌接合装置では、
円柱状の先端51の中央からピン52が突出する回転子
53を有し、この回転子53を、高速で回転させながら
ワーク54に挿入して接合する。高速回転する回転子5
3のピン52をワーク54に押し付けると、摩擦熱でワ
ークが軟化し、さらに押圧すると軟化したワークにピン
が挿入されるとともに、回転するピンでピン周囲の母材
が塑性流動を起こし、攪拌される。
2. Description of the Related Art FIG. 13 is a perspective view showing a typical conventional friction stir welding apparatus 50. In friction stir welding equipment,
It has a rotor 53 from which a pin 52 projects from the center of a cylindrical tip 51, and this rotor 53 is inserted into and bonded to a work 54 while rotating at a high speed. Rotor 5 rotating at high speed
When the pin 52 of No. 3 is pressed against the work 54, the work is softened by frictional heat, and when further pressed, the pin is inserted into the softened work and the rotating pin causes plastic flow in the base material around the pin and is agitated. It

【0003】2枚のワーク54a,54bを連続的に突
合せ接合する場合には、突合せた2枚のワーク54a,
54bの突合せ部に回転するピン52を挿入し、突合せ
部に沿って回転子を移動させる。すると、ピンが通過し
た部分の塑性流動部が硬化し、2枚のワーク54a,5
4bが突合せ接合されることになる。
When the two workpieces 54a and 54b are continuously butted and joined, the two butted workpieces 54a and 54b are
The rotating pin 52 is inserted into the abutting portion of 54b, and the rotor is moved along the abutting portion. Then, the plastic flow portion of the portion where the pin has passed is hardened, and the two works 54a, 5
4b will be butt-joined.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】回転子先端は、円柱状
の端面中央からピン52が突出しており、接合時には、
円柱端面がワーク表面に押圧された状態でピン52が挿
入される。このワークに押圧される円柱端面部を、以
下、ショルダー部と称する。
At the tip of the rotor, the pin 52 projects from the center of the cylindrical end face.
The pin 52 is inserted while the end face of the cylinder is pressed against the work surface. The cylindrical end face portion pressed by the work will be referred to as a shoulder portion hereinafter.

【0005】回転子53が、上から見て時計回りに回転
しながら移動する場合、進行方向に向かって回転子左側
の部分の材料が、押圧されるショルダー部によって、回
転子右側に塑性流動する傾向があるので、接合されたワ
ークにおいて、接合線左側の部分に欠陥(小さな空洞)
ができやすい。
When the rotor 53 moves while rotating clockwise when viewed from above, the material on the left side of the rotor in the traveling direction plastically flows to the right side of the rotor by the pressed shoulder portion. Since there is a tendency, defects (small cavities) in the part to the left of the joining line in the joined work
It is easy to

【0006】また、ピン部およびショルダー部から母材
が飛び散ったり、ショルダー部の周囲に盛り上がる様に
塑性流動したり、ワーク継ぎ目に大きな隙間があると、
それが母材によって埋められた分だけ、接合部位が凹に
なる(アンダーカット)。このような隙間などが過大な
場合、アンダーカットに加えて接合部位に空洞ができ
る。
Further, if the base material is scattered from the pin portion and the shoulder portion, plastically flows so as to rise around the shoulder portion, or if there is a large gap at the work joint,
As much as it is filled with the base material, the joint area becomes concave (undercut). When such a gap is too large, a void is formed at the joining site in addition to the undercut.

【0007】このような空洞やアンダーカットを生じさ
せない様にするために、接合部の隙間の管理を厳密に行
い、その隙間を極力小さくする必要があるといった問題
があった。また、凹部が生じると、見栄えが悪くなり、
製品として無塗装にできず、塗装する場合、パテの量が
多くなるといった問題があった。
In order to prevent such voids and undercuts from occurring, there is a problem in that it is necessary to strictly control the gaps at the joints and minimize the gaps. In addition, when a concave portion is formed, the appearance becomes poor,
There is a problem that the product cannot be unpainted and the amount of putty increases when it is painted.

【0008】このような凹部が生じない様にするため
に、接合部の厚さ方向に突出する凸部(厚肉部)を、接
合部長手方向に沿って設け、凸部側もしくは凸部とは反
対側から回転子を挿入して接合する方法が提案されてい
る。つまり、接合部において、母材が流出した分、ある
いは接合部の隙間の体積分の材料を凸部から補填するこ
とによって、接合部が凹になったり、空洞ができたりす
るのを防止しようとするものである。
In order to prevent such a concave portion from being formed, a convex portion (thick wall portion) protruding in the thickness direction of the joint portion is provided along the longitudinal direction of the joint portion to form a convex portion or a convex portion. Has proposed a method of inserting and joining a rotor from the opposite side. In other words, at the joint, it is necessary to prevent the joint from becoming concave or forming a cavity by filling the material out of the base material or the volume of the gap of the joint from the convex portion. To do.

【0009】しかし、これらの方法においては、 接合部位に凸部を設けること自体が、工作上、材料の
コストアップにつながる。 上記補填量に余裕を持たすために、回転子のショルダ
ー部の径より凸部の幅の方を大にせざるを得ず、接合後
において、凸部の一部が残り、その部分を切削する必要
がある。 隙間の幅が、接合部位の長さ方向に応じて変動した場
合、接合面が一定の高さとならないといった問題があっ
た。
However, in these methods, the provision of the convex portion at the joint portion itself leads to an increase in the cost of the material in terms of work. In order to have a margin for the above-mentioned compensation amount, the width of the convex portion has to be made larger than the diameter of the shoulder portion of the rotor, and after the joining, a part of the convex portion remains and it is necessary to cut that portion. There is. If the width of the gap varies depending on the length direction of the joint, there is a problem that the joint surface does not have a constant height.

【0010】また、このような凹所を防止する他の先行
技術として、WO96/38256がある。この先行技
術では、図14に示すように、ワークとほぼ同質のアル
ミ材をピンの中心から送出するものである。しかしなが
ら、この方法では、 回転子内の空洞の一部にあらかじめアルミ材を充填し
ておくこと そのアルミ材は、あらかじめ熱せられたものである
か、別途加熱(b)する物であること このアルミ材の送出駆動力は、スプリングワッシャー
(a)(b)か、螺旋型回転錐(オーガー)(c)によ
る アルミ材は、すべて送出すれば、それで終了となって
しまう(限度がある)。
As another prior art for preventing such a recess, there is WO96 / 38256. In this prior art, as shown in FIG. 14, an aluminum material having substantially the same quality as the work is sent from the center of the pin. However, in this method, a part of the cavity in the rotor should be filled with an aluminum material in advance, and the aluminum material should be preheated or separately heated (b). The feed driving force of the material is limited by the spring washer (a), (b) or the aluminum material by the spiral rotary cone (auger) (c), if it is all fed (there is a limit).

【0011】このように、図14に示す先行技術には問
題点がある。また、別の先行技術として、特開平11―
156561があるが、この先行技術は、ピンを引き抜
いた後に発生した孔を埋めるために、ピン径に相当する
穴埋め材を、接合後に供給するものであって、接合中に
発生する空洞や凹所を防ぐことはできない。
As described above, the prior art shown in FIG. 14 has a problem. As another prior art, Japanese Patent Laid-Open No. 11-
Although there is 156562, in this prior art, a hole filling material corresponding to the pin diameter is supplied after joining in order to fill the hole generated after pulling out the pin, and a cavity or a recess generated during joining is provided. Can't be prevented.

【0012】本発明の目的は、ワーク側を予め加工する
ことなく、接合部において、凹部が形成されない摩擦攪
拌接合装置を提供することである。
An object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus in which a concave portion is not formed in a joint portion without previously processing the work side.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
は、高速回転する回転子の先端部を被接合物に押圧し、
前記先端部と前記被接合物との接触部を、回転による摩
擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌
接合装置において、回転子先端部から、金属材を断続的
に送り出す送り出し手段を有し、接合時に、回転子先端
から送り出された金属材も摩擦熱で軟化させ、攪拌して
被接合物に一体化させることを特徴とする摩擦攪拌接合
装置である。
According to a first aspect of the present invention, the tip of a rotor rotating at a high speed is pressed against an object to be joined,
In a friction stir welding apparatus that softens a contact portion between the tip and the article to be joined by frictional heat generated by rotation and stirs to join the articles, a metal material is intermittently fed from the tip of the rotor. The friction stir welding apparatus is characterized in that it has a feeding means, and at the time of welding, the metal material fed from the tip of the rotor is also softened by frictional heat and stirred to be integrated with an object to be welded.

【0014】本発明に従えば、回転子を高速回転させて
被接合材に押し付けることによって、被接合材が軟化、
攪拌して接合される。ここで、本発明では、接合時に回
転子先端から金属材が断続的に送り出される。送り出さ
れた金属材も、高速回転する回転子による摩擦熱によっ
て軟化し、軟化した被接合材とともに攪拌され、これら
が硬化して被接合物が接合される。このようにして、接
合時に、回転子先端から金属材が供給されるので、接合
時に形成される凹所、および接合終了点において形成さ
れる凹所を防止することができる。また、金属材を供給
して凹所を埋めるので、ワーク側を予め凸に形成する必
要がない。また、送出された金属材は、回転による摩擦
熱で軟化させるので、図14の先行技術のように予め加
熱する必要がなく、加熱手段などを設ける必要がない。
According to the present invention, by rotating the rotor at a high speed and pressing it against the materials to be bonded, the materials to be bonded are softened,
Stir and join. Here, in the present invention, the metal material is intermittently sent out from the tip of the rotor during joining. The sent-out metal material is also softened by frictional heat generated by the rotor that rotates at a high speed, and is agitated together with the softened material to be bonded. In this way, since the metal material is supplied from the tip of the rotor at the time of joining, it is possible to prevent the recess formed at the time of joining and the recess formed at the joining end point. Further, since the metal material is supplied to fill the recess, it is not necessary to form the work side in advance beforehand. Further, since the fed metal material is softened by frictional heat generated by rotation, it is not necessary to preheat it as in the prior art of FIG.

【0015】請求項2記載の本発明の前記摩擦攪拌接合
装置は、スポット接合を行い、前記送り出し手段は、接
合点一箇所のスポット接合においては、金属材を連続的
に送り出すことを特徴とする。
The friction stir welding apparatus of the present invention according to claim 2 performs spot welding, and the feeding means continuously feeds the metal material in spot welding at one spot of the welding point. .

【0016】本発明に従えば、金属材は断続的に供給さ
れるので、とくにスポット接合において好適である。た
だし、接合点一箇所のスポット接合においては、金属材
は連続的に送り出される。
According to the present invention, the metal material is supplied intermittently, which is particularly suitable for spot joining. However, in spot joining at one spot of the joining point, the metal material is continuously sent out.

【0017】請求項3記載の本発明の前記金属材は、被
接合物とほぼ同質で、同程度の硬度を有するアルミニウ
ム合金材であることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, the metal material is an aluminum alloy material having substantially the same quality as that of the article to be joined and having the same hardness.

【0018】本発明に従えば、接合時に供給する金属材
が、被接合物とほぼ同質で、ほぼ同程度の硬度を有する
アルミニウム合金とすることで、被接合物と容易に一体
となり、十分な接合強度が得られる。
According to the present invention, the metal material supplied at the time of joining is an aluminum alloy having substantially the same quality and hardness as the article to be joined, so that the article can be easily integrated with the article to be joined. Bonding strength can be obtained.

【0019】請求項4記載の本発明の前記金属材は、予
め所定の長さに切断された棒状の金属材であり、前記送
り出し手段は、金属材の後端部を押し込んで、回転子先
端から金属材を送り出すことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the metal material is a rod-shaped metal material that has been cut into a predetermined length in advance, and the feeding means pushes the rear end portion of the metal material, and the rotor tip end. The feature is that the metal material is sent out from.

【0020】本発明に従えば、予め所定の長さに切断さ
れた棒状の金属材を用いることで、所定の量を正確に供
給することができる。したがって、とくにスポット接合
に用いる場合に好適である。また、金属材を後から押し
込んで供給するので、大きな押圧力で金属材を確実に供
給することができる。
According to the present invention, it is possible to accurately supply a predetermined amount by using a rod-shaped metal material that has been cut into a predetermined length in advance. Therefore, it is particularly suitable for use in spot joining. Moreover, since the metal material is pushed in and supplied later, the metal material can be reliably supplied with a large pressing force.

【0021】請求項5記載の本発明の前記回転子には、
回転軸線に沿って貫通し、棒状の金属材を案内するガイ
ド孔が形成され、前記棒状の金属材を、回転子後部の貫
通孔に一本ずつ供給する供給手段を有し、前記送り出し
手段は、回転子後部に供給された金属材を、一本ずつ押
し込むことを特徴とする。
According to the rotor of the present invention of claim 5,
A guide hole that penetrates along the rotation axis and guides the rod-shaped metal material is formed, and the rod-shaped metal material has a supply means for supplying the metal material one by one to the through hole in the rear portion of the rotor, and the delivery means is The metal material supplied to the rear part of the rotor is pushed in one by one.

【0022】本発明に従えば、棒状の金属材を一本ずつ
回転子に供給し、押し込んで供給するので、連続して効
率よく金属材を供給できる。
According to the present invention, the rod-shaped metal materials are supplied to the rotor one by one and pushed into the rotor, so that the metal materials can be continuously and efficiently supplied.

【0023】請求項6記載の本発明は、回転子の後端部
に挿入される棒状の金属材を外囲し、棒状の金属材が座
屈するのを防止する座屈防止手段であって、コイル状に
巻かれて形成される一対のコイル部材が組み合わされ、
中心に前記棒状の金属材が挿入され、コイル部材が互い
に反対方向に回転して伸縮する座屈防止手段を有するこ
とを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided buckling prevention means for surrounding a rod-shaped metal material inserted in a rear end portion of a rotor to prevent the rod-shaped metal material from buckling. A pair of coil members formed by winding in a coil shape are combined,
The rod-shaped metal material is inserted in the center, and the coil member has buckling prevention means that rotate in opposite directions and expand and contract.

【0024】棒状の金属材は、長手方向に強い圧縮負荷
がかかると座屈する場合がある。また、回転子は先端を
被接合物に押し付けるために、軸線方向に直進移動す
る。この点に鑑み、本発明では伸縮可能な座屈防止手段
を備える。座屈防止手段は、一対のコイルが組み合わせ
てなり、中心に棒状の金属材が挿入され、この挿入され
た金属材を補強(ガイド)して座屈を防止する。また、
一対のコイルが組み合わされて構成されるので、これら
が互いに反対方向に回転することで、座屈防止手段が伸
縮する。つまり、軸線方向に移動する回転子の移動を許
容することが可能である。
The rod-shaped metal material may buckle when a strong compressive load is applied in the longitudinal direction. Further, the rotor moves linearly in the axial direction in order to press the tip of the rotor against the article. In view of this point, the present invention includes a buckling prevention unit that can expand and contract. The buckling prevention means is a combination of a pair of coils, a rod-shaped metal material is inserted in the center, and the inserted metal material is reinforced (guided) to prevent buckling. Also,
Since the pair of coils is configured to be combined with each other, the buckling prevention means expands and contracts when they rotate in opposite directions. That is, it is possible to allow movement of the rotor that moves in the axial direction.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】図1(a)は本発明の実施の一形
態の摩擦攪拌接合装置1の構成を示す図であり、図1
(b)は、摩擦攪拌接合装置1の先端部の拡大図であ
る。摩擦攪拌接合装置1は、回転子2、回転駆動源であ
るサーボモータ4、電磁ブレーキ5、金属材8を送り出
す送り出し手段23、およびこれらを支持する支持部材
(図示略)を有し、回転子2は、回転子本体9と、回転
子本体9を保持する回転子保持部材3とから構成され
る。回転子本体9は略円柱状であり、中心軸線が回転軸
線Lとなり、先端側が先細りに形成され、先端部に回転
軸線Lと同軸の円柱部6が形成され、この円柱部の下端
面(ショルダー部)6aから軸線Lに沿ってピン7が突
出する。回転子本体9および回転子保持部材3には、回
転軸線Lに沿って貫通し、金属材8をガイドするガイド
孔17が形成される。ガイド孔17は、ピン7の先端で
開口し、送り出し手段23から送り出された金属材8
は、ピン先端から送出される。
FIG. 1A is a diagram showing the configuration of a friction stir welding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.
(B) is an enlarged view of the tip portion of the friction stir welding apparatus 1. The friction stir welding apparatus 1 has a rotor 2, a servomotor 4 serving as a rotational drive source, an electromagnetic brake 5, a feeding means 23 for feeding the metal material 8, and a supporting member (not shown) for supporting these, and the rotor. 2 is composed of a rotor main body 9 and a rotor holding member 3 that holds the rotor main body 9. The rotor main body 9 has a substantially columnar shape, the central axis is the rotation axis L, the tip side is tapered, and the columnar portion 6 coaxial with the rotation axis L is formed at the tip end. The pin 7 projects from the portion 6a along the axis L. A guide hole 17 is formed in the rotor body 9 and the rotor holding member 3 so as to penetrate along the rotation axis L and guide the metal material 8. The guide hole 17 opens at the tip of the pin 7, and the metal material 8 sent out from the sending-out means 23.
Are delivered from the pin tip.

【0026】回転子2を回転軸線Lまわりに高速で回転
させるとともに、回転軸線Lに沿って前進させる。する
と、被接合物であるワークに先端のピン7が押し付けら
れ、摩擦熱によってワークが軟化し、ピン7がワークに
挿入され、さらに回転するピン7によって攪拌され、塑
性流動が生じる。さらに円柱部6の下端面6aがワーク
に押し付けられ、この下端面6aにおいても摩擦熱が発
生し攪拌される。これとともに、送り出し手段23によ
って金属材8をピン先端から送出する。すると、送出さ
れた金属材8も、ピン7の回転による摩擦熱で軟化して
塑性流動が生じ、同様に塑性流動を生じたワークととも
に攪拌され一体となる。
The rotor 2 is rotated around the rotation axis L at a high speed and moved forward along the rotation axis L. Then, the pin 7 at the tip is pressed against the work to be welded, the work is softened by the frictional heat, the pin 7 is inserted into the work, and the pin 7 rotating further agitates to cause plastic flow. Further, the lower end surface 6a of the cylindrical portion 6 is pressed against the work, and frictional heat is also generated on the lower end surface 6a to stir. At the same time, the feeding means 23 feeds the metal material 8 from the tip of the pin. Then, the delivered metal material 8 is also softened by the frictional heat generated by the rotation of the pin 7 to generate plastic flow, and similarly, the metal material 8 is agitated and integrated with the work in which plastic flow has occurred.

【0027】このように攪拌した後、スポット接合の場
合は、そのまま軸線Lに沿って回転子2を上昇させてピ
ンを引き抜く。連続または断続接合の場合は、回転軸線
Lに垂直な方向に任意の長さ分、回転子2とワークとを
相対移動させて連続的に接合し、その後回転子2を上昇
させてピン7を引き抜く。ピンを引き抜いたとき、従来
では、ピン孔が形成されていたが、本発明では、金属材
8を供給することで、ピン孔を埋めるだけの金属材を供
給することができ、これによって、ピン孔を形成するこ
となく、摩擦攪拌接合することができる。また、接合中
にも、金属材を供給することで、アンダーカットや空洞
が形成されることが防がれる。このようにして、凹所を
形成することなく、2枚以上のワークを接合することが
できる。送り出す金属材8は、ワークとほぼ同質で同程
度の硬度の金属材料であり、本実施形態ではワークおよ
び金属材は、同質のアルミニウム合金とする。
After stirring in this way, in the case of spot welding, the rotor 2 is lifted up along the axis L and the pin is pulled out. In the case of continuous or intermittent joining, the rotor 2 and the workpiece are relatively moved by an arbitrary length in a direction perpendicular to the rotation axis L to continuously join them, and then the rotor 2 is lifted to attach the pin 7 to the pin 7. Pull out. In the past, when the pin was pulled out, the pin hole was formed, but in the present invention, by supplying the metal material 8, it is possible to supply a metal material that only fills the pin hole. Friction stir welding can be performed without forming holes. Further, by supplying the metal material during the joining, formation of undercuts and cavities can be prevented. In this way, two or more workpieces can be joined without forming a recess. The metal material 8 sent out is a metal material having substantially the same quality and hardness as the work, and in the present embodiment, the work and the metal material are aluminum alloys of the same quality.

【0028】回転子保持部材3は、回転子2の回転軸線
Lを共通に有する円柱状であり、下端部に回転子本体9
が挿入され、回転軸線Lまわりの回転および回転軸線L
方向の移動が阻止された状態で、回転子本体9を保持す
る。回転子保持部材3の外周部には、回転軸線Lに平行
に複数のスプライン10が形成されており、このスプラ
イン10が嵌まり込む環状の3個のスプライン受け1
1,12,13が、各軸受け14,15,16によって
回転軸線Lまわりに回転可能に支持されている。各軸受
け14,15,16は、それぞれ支持部材に固定されて
おり、このような構成によって、回転子保持部材3は、
回転軸線Lまわりに回転可能に、かつ回転軸線方向L方
向に移動可能に支持部材に支持される。
The rotor holding member 3 is in the shape of a cylinder having the rotation axis L of the rotor 2 in common, and has a rotor body 9 at its lower end.
Is inserted, rotation about the rotation axis L and the rotation axis L
The rotor main body 9 is held in a state where movement in the direction is blocked. A plurality of splines 10 are formed on the outer peripheral portion of the rotor holding member 3 in parallel with the rotation axis L, and three annular spline receivers 1 into which the splines 10 are fitted.
1, 12, 13 are rotatably supported by the bearings 14, 15, 16 about the rotation axis L. Each of the bearings 14, 15, 16 is fixed to a supporting member, and with such a configuration, the rotor holding member 3 is
It is supported by the support member so as to be rotatable about the rotation axis L and movable in the rotation axis direction L direction.

【0029】サーボモータ4も、支持部材に固定されて
おり、出力軸20が回転子2の回転軸線Lに平行に配置
され、軸受け21によって回転自在に支持部材に支持さ
れ、出力軸20の先端部に有歯ベルト車23が取り付け
られる。また、前記3個のスプライン受けの内の中央の
スプライン受け12には、外周に有歯ベルト車が形成さ
れ、この有歯ベルト車からサーボモータ4の有歯ベルト
車23にわたってタイミングベルト24が巻き掛けられ
る。このような構成によって、サーボモータ4を回転駆
動することによって、回転子2を回転軸線Lまわりに回
転駆動することができる。
The servomotor 4 is also fixed to the support member, the output shaft 20 is arranged parallel to the rotation axis L of the rotor 2, and is rotatably supported by the support member by the bearing 21 and the tip of the output shaft 20. The toothed belt wheel 23 is attached to the section. Further, a toothed belt wheel is formed on the outer periphery of the central spline receiver 12 of the three spline bearings, and a timing belt 24 is wound from the toothed belt wheel to the toothed belt wheel 23 of the servomotor 4. Can be hung. With such a configuration, the rotor 2 can be rotationally driven around the rotation axis L by rotationally driving the servo motor 4.

【0030】回転子保持部材3の上方には、ねじ軸30
が、軸受け31によって回転軸線Lまわりに回転自在に
支持部材に支持される。このねじ軸30は、回転子2を
直進駆動し、回転子2に対して相対的に直進移動する直
進移動部材として機能する。また、回転子保持部材3の
上端部には、回転軸線Lを中心とし、前記ねじ軸30に
螺合するボールねじであるナット部材32が固定され
る。ねじ軸30は、棒状であり、中央部にフランジ33
が形成され、このフランジ33よりも下方側に外ねじが
形成され、フランジ33の上に軸受け31が配置され
る。この軸受け31は、ラジアル軸受けおよびスラスト
軸受けであり、フランジ33からのスラスト方向の押圧
力を受ける。この軸受け31の上方に電磁ブレーキ5が
設けられる。電磁ブレーキ5は、支持部材に固定され、
電流が印加されて励磁されることによって、ねじ軸30
にブレーキをかけ、ねじ軸30の回転軸線Lまわりの回
転を制動する。
Above the rotor holding member 3, a screw shaft 30 is provided.
Is supported by the support member by the bearing 31 so as to be rotatable around the rotation axis L. The screw shaft 30 drives the rotor 2 in a straight line, and functions as a straight moving member that moves straight relative to the rotor 2. Further, a nut member 32, which is a ball screw that is screwed to the screw shaft 30 about the rotation axis L, is fixed to the upper end of the rotor holding member 3. The screw shaft 30 is rod-shaped and has a flange 33 at the center.
Is formed, an outer screw is formed below the flange 33, and the bearing 31 is arranged on the flange 33. The bearing 31 is a radial bearing and a thrust bearing, and receives thrust force from the flange 33 in the thrust direction. The electromagnetic brake 5 is provided above the bearing 31. The electromagnetic brake 5 is fixed to the support member,
When the current is applied and excited, the screw shaft 30
To brake the rotation of the screw shaft 30 around the rotation axis L.

【0031】したがって、電磁ブレーキをオフした状態
で、サーボモータ4を正転(上方からみて時計回り)さ
せると、ねじ軸30とともに回転子保持部材3が回転軸
線Lまわりに回転する。ねじ軸30は右ねじであり、回
転子保持部材3を時計回りに回転させた状態で、電磁ブ
レーキ5をオンし、ねじ軸30の回転を停止させると、
回転子保持部材3に固定されるナット部材32がねじ軸
30まわりに回転し、ナット部材32および回転子保持
部材3が回転軸線L方向に前進(下降)する。回転子保
持部材3は、サーボモータ4からの回転力が伝達され、
かつスプラインによって回転軸線L方向の移動が許容さ
れているので、回転子2は回転しながら直進移動するこ
とができる。また、サーボモータ4の回転方向を逆転さ
せると、回転子2は逆方向に回転しながら上昇する。ま
た、回転子保持部材3が上昇したときにねじ軸30の下
端部が回転子保持部材3の上端面に衝突しないように、
ナット部材32は、図1(a)に示すように、回転子保
持部材3の上端面から離反した位置に固定される。
Therefore, when the servomotor 4 is normally rotated (clockwise when viewed from above) with the electromagnetic brake turned off, the rotor holding member 3 rotates together with the screw shaft 30 about the rotation axis L. The screw shaft 30 is a right-hand screw, and when the rotor holding member 3 is rotated clockwise, the electromagnetic brake 5 is turned on and the rotation of the screw shaft 30 is stopped.
The nut member 32 fixed to the rotor holding member 3 rotates around the screw shaft 30, and the nut member 32 and the rotor holding member 3 advance (fall) in the rotation axis L direction. Rotational force from the servo motor 4 is transmitted to the rotor holding member 3,
Moreover, since the splines allow the movement in the direction of the rotation axis L, the rotor 2 can move straight while rotating. Further, when the rotation direction of the servo motor 4 is reversed, the rotor 2 rises while rotating in the opposite direction. Further, when the rotor holding member 3 rises, the lower end portion of the screw shaft 30 does not collide with the upper end surface of the rotor holding member 3,
As shown in FIG. 1A, the nut member 32 is fixed at a position separated from the upper end surface of the rotor holding member 3.

【0032】電磁ブレーキ5の上方には、送り出し手段
23が設けられる。図2は、送り出し手段23を示す拡
大図である。電磁ブレーキ5は、ねじ軸30を保持し、
このねじ軸30には、軸線に沿って貫通し、金属材8が
挿通する挿通孔29が形成される。
A delivery means 23 is provided above the electromagnetic brake 5. FIG. 2 is an enlarged view showing the sending-out means 23. The electromagnetic brake 5 holds the screw shaft 30,
The screw shaft 30 is formed with an insertion hole 29 penetrating along the axis and through which the metal material 8 is inserted.

【0033】送り出し手段23は、ねじ軸30の上端か
ら挿通孔29に円柱棒状の金属材8を断続的に送り出
し、金属材8を供給する供給手段61と、供給された金
属材8を押し出すプッシャ60とから構成される。
The feeding means 23 intermittently feeds the cylindrical rod-shaped metal material 8 from the upper end of the screw shaft 30 to the insertion hole 29 and supplies the metal material 8 with a feeding means 61 and a pusher for pushing the fed metal material 8. And 60.

【0034】供給手段61は、棒状の金属材複数を並べ
て保持しテープ状にして供給する。詳しくは、テープ状
にした複数の金属材8を、巻き出しロール62と巻き取
りロール63とで巻き取り、巻き出しロール62と巻き
取りロール63との間で張架される部分が、ねじ軸30
の上となるように配置する。そして、並列される棒状の
金属材8が、順次挿通孔29の上に配置されるように、
巻き取りロール63で断続的に巻き取る。これに同期し
て、挿通孔29上に配置された金属材8をプッシャ60
で押し込んでいく。
The supply means 61 holds a plurality of rod-shaped metal materials side by side and supplies them in the form of a tape. Specifically, a plurality of tape-shaped metal materials 8 are wound by a winding roll 62 and a winding roll 63, and a portion stretched between the winding roll 62 and the winding roll 63 is a screw shaft. Thirty
Place it so that it is on top of. Then, the rod-shaped metal members 8 arranged in parallel are sequentially arranged on the insertion holes 29,
It is taken up intermittently by the take-up roll 63. In synchronization with this, the metal material 8 arranged on the insertion hole 29 is pushed by the pusher 60.
Push in.

【0035】プッシャ60は、プッシャ本体66、ナッ
ト部材65およびサーボモータ67を有する。プッシャ
本体60は、下半分が、円柱棒状の金属材8と同径の押
し出し軸66aとなり、上半分が、外ねじが形成される
基部66bとなる。プッシャ本体60は、回り止め69
で回転軸線L回りの回転が阻止され、かつ回転軸線L方
向に移動可能に設けられる。プッシャ本体66の基部6
6bに、ナット部材65が螺合し、このナット部材65
は支持部材に回転自在に支持される。サーボモータ67
は、タイミングベルト68を介してナット部材65を回
転駆動させることで、プッシャ本体66を軸線L方向に
昇降させることができる。
The pusher 60 has a pusher body 66, a nut member 65 and a servomotor 67. The pusher main body 60 has a lower half as an extrusion shaft 66a having the same diameter as the cylindrical rod-shaped metal material 8, and an upper half as a base portion 66b on which an external screw is formed. The pusher main body 60 has a rotation stopper 69.
The rotation about the rotation axis L is prevented by the above, and the movement is provided in the direction of the rotation axis L. Base 6 of pusher body 66
6b, the nut member 65 is screwed, and the nut member 65
Is rotatably supported by the support member. Servo motor 67
By rotating and driving the nut member 65 via the timing belt 68, the pusher main body 66 can be moved up and down in the direction of the axis L.

【0036】このようにして、金属材8の供給に同期し
てプッシャ本体66を昇降させることで、供給された金
属材8を挿通孔29に押し込み、金属材8を断続的に送
り出すことができる。
In this way, by moving the pusher body 66 up and down in synchronization with the supply of the metal material 8, the supplied metal material 8 can be pushed into the insertion hole 29 and the metal material 8 can be delivered intermittently. .

【0037】なお、プッシャ60はこのようなねじを用
いた機構に限らず、油圧や空圧を用いて昇降する機構で
あってもよい。
The pusher 60 is not limited to the mechanism using such a screw, but may be a mechanism that moves up and down using hydraulic pressure or pneumatic pressure.

【0038】図3は、金属材8の送り出し方法を説明す
る図であり、図4は、そのときのプッシャ本体66の位
置、プッシャ本体66の速度、およびプッシャ60の押
圧力を示すグラフである。これらを参照して、金属材8
の送り出しについて説明する。なお、ねじ軸30の挿通
孔29の最上部に既に挿入された金属材をA0とし、そ
の次に供給される金属材をA1とする。 プッシャ本体66の押し出し軸66aが、予め距離L
だけねじ軸30の上方に退避している。距離Lは、金属
材8の長さより長いものとする。この状態で、金属材A
1が、ねじ軸30の挿通孔29と押し出し軸66bとの
間に供給される。そして、プッシャ本体66を下降させ
る。このとき、プッシャ本体66は一定速度で下降し、
押圧力はほぼ0で一定である。 プッシャ本体66が距離L進むと、金属材A1が全て
挿通孔29に挿入される。 さらにプッシャ本体66を距離L進め、押圧すると、
その下にある金属材A0が押し込まれ、回転子先端から
金属材8が送り出される。このとき、プッシャ本体66
の移動速度は、金属材A1を挿入するときよりも遅い一
定速度である。また、押圧力は、金属材A1を挿入する
ときよりも大きい一定の押圧力となる。 金属材8の送出後、プッシャ本体66を2L上昇させ
る。このときのプッシャ本体66の上昇速度は、金属材
A1を挿入するときよりも速い一定速度である。また、
押圧力はほぼ0で一定である。こうしての状態にもど
る。以上の〜を繰り返すことで、断続的に金属材8
を送り出すことができる。
FIG. 3 is a diagram for explaining the method of feeding the metal material 8, and FIG. 4 is a graph showing the position of the pusher body 66, the speed of the pusher body 66, and the pressing force of the pusher 60 at that time. . With reference to these, the metal material 8
The sending out of will be described. Note that the metal material already inserted in the uppermost part of the insertion hole 29 of the screw shaft 30 is A0, and the metal material supplied next is A1. The push-out shaft 66a of the pusher main body 66 has a distance L in advance.
It is retracted above the screw shaft 30 only. The distance L is longer than the length of the metal material 8. In this state, the metal material A
1 is supplied between the insertion hole 29 of the screw shaft 30 and the push-out shaft 66b. Then, the pusher body 66 is lowered. At this time, the pusher main body 66 descends at a constant speed,
The pressing force is almost zero and constant. When the pusher main body 66 advances the distance L, all the metal material A1 is inserted into the insertion hole 29. When the pusher main body 66 is further advanced by a distance L and pressed,
The metal material A0 below it is pushed in, and the metal material 8 is sent out from the tip of the rotor. At this time, the pusher body 66
The moving speed of is a constant speed slower than when the metal material A1 is inserted. In addition, the pressing force is a constant pressing force that is larger than when the metal material A1 is inserted. After the metal material 8 is delivered, the pusher body 66 is raised by 2L. The rising speed of the pusher main body 66 at this time is a constant speed faster than when the metal material A1 is inserted. Also,
The pressing force is almost zero and constant. It returns to this state. By repeating the above steps, the metal material 8 is intermittently
Can be sent out.

【0039】図5は、ねじ軸30の下端部付近を拡大し
て示す断面図である。回転子2は、軸線方向に直線移動
するのに対し、送り出し手段23、電磁ブレーキ5、ね
じ軸30は支持部材に支持され、直線移動する回転子2
に対して固定位置に配置される。つまり、ねじ軸30と
回転子2とは相対的に直進移動する。そのため、ねじ軸
30の下端部と回転子2の上端面2aとの間で、金属材
8が露出する部分が出てくる。
FIG. 5 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the lower end of the screw shaft 30. The rotor 2 linearly moves in the axial direction, whereas the feeding means 23, the electromagnetic brake 5, and the screw shaft 30 are supported by a supporting member and linearly move.
Is placed in a fixed position with respect to. That is, the screw shaft 30 and the rotor 2 relatively move linearly. Therefore, between the lower end portion of the screw shaft 30 and the upper end surface 2a of the rotor 2, a portion where the metal material 8 is exposed comes out.

【0040】金属材8は、プッシャ60によって大きな
力で押し出されるで、軸方向に大きな圧縮荷重が作用す
る。したがって、金属材8が外部で露出する部分で、最
も座屈しやすくなる。そこで、ここに、金属材8を外囲
して座屈を防止し、さらにねじ軸30と回転子2の上端
面2aとの間の変化を許容する座屈防止手段70が設け
られる。
Since the metal material 8 is pushed out by the pusher 60 with a large force, a large compressive load acts in the axial direction. Therefore, the portion where the metal material 8 is exposed to the outside is most likely to buckle. Therefore, there is provided buckling prevention means 70 which surrounds the metal material 8 to prevent buckling and further allows a change between the screw shaft 30 and the upper end surface 2a of the rotor 2.

【0041】図6は、座屈防止手段70の構造を説明す
る図である。座屈防止手段70は、高剛性の一対のコイ
ル71と72とが組み合わされて構成される。これらの
コイル71,72は、互いに嵌まり合うように組み合わ
されることで、円筒体となる。逆にいえば、円筒体から
2つのコイルを切り出したとすると、一方がコイル71
となり、他方がコイル72となる。
FIG. 6 is a diagram for explaining the structure of the buckling prevention means 70. The buckling prevention means 70 is configured by combining a pair of highly rigid coils 71 and 72. The coils 71 and 72 are combined so as to fit each other into a cylindrical body. Conversely, if two coils are cut out from the cylindrical body, one coil 71
And the other becomes the coil 72.

【0042】このように組み合わされたコイル71,7
2は、互いに反対方向に回転させると、コイル71と7
2との噛合い量が少なくなって伸張する。逆方向に回転
させると、コイル71と72の噛合い量が増加して収縮
する。
The coils 71, 7 combined in this way
When the two are rotated in the opposite directions, the coils 71 and 7
The amount of meshing with 2 decreases and it expands. When rotated in the opposite direction, the amount of meshing between the coils 71 and 72 increases and contracts.

【0043】ねじ軸30の下端部に凹所73が形成さ
れ、この凹所73から回転子2の上端面2aにわたって
上記座屈防止手段70が配置される。ねじ軸30に挿通
される金属材8は、ねじ軸30の下端部から座屈防止手
段70に挿入され、回転子2の上端面2aで開口するガ
イド孔17に導かれる。
A recess 73 is formed at the lower end of the screw shaft 30, and the buckling prevention means 70 is arranged from the recess 73 to the upper end surface 2a of the rotor 2. The metal material 8 inserted into the screw shaft 30 is inserted into the buckling prevention means 70 from the lower end portion of the screw shaft 30, and is guided to the guide hole 17 opened at the upper end surface 2 a of the rotor 2.

【0044】固定位置にあるねじ軸30に対して回転子
2が回転することで、回転子2は昇降する。また、コイ
ル71,72の螺旋の傾きは、ねじ軸30のねじ部の傾
きと同じとして、ねじ軸30による直進量と座屈防止手
段70の伸縮量を同じとする。
When the rotor 2 rotates with respect to the screw shaft 30 in the fixed position, the rotor 2 moves up and down. Also, the spiral inclination of the coils 71 and 72 is the same as the inclination of the screw portion of the screw shaft 30, and the straight advance amount by the screw shaft 30 and the expansion / contraction amount of the buckling prevention means 70 are the same.

【0045】したがって、座屈防止手段70の上側のコ
イル71をねじ軸30側に固定し、下側のコイル72を
回転子2側に固定すると、回転子2の回転による回転子
の昇降に追従して、座屈防止手段70が同じ長さだけ伸
縮する。このようにして、回転子2上端面2aとねじ軸
30の下端部との間の距離の変化に追従して座屈防止手
段70が伸縮する。このとき、高剛性のコイル71,7
2によって常に金属材8を外囲しているので、金属材8
が座屈するといったことが防がれる。
Therefore, when the coil 71 on the upper side of the buckling prevention means 70 is fixed to the screw shaft 30 side and the coil 72 on the lower side is fixed to the rotor 2 side, the rotor 2 is moved up and down by the rotation of the rotor 2. Then, the buckling prevention means 70 expands and contracts by the same length. In this way, the buckling prevention means 70 expands and contracts following the change in the distance between the upper end surface 2a of the rotor 2 and the lower end of the screw shaft 30. At this time, the highly rigid coils 71, 7
Since the metal material 8 is always surrounded by 2, the metal material 8
Buckling is prevented.

【0046】このような高剛性のコイル71,72の組
合せでなく、伸縮するスプリングを使用する方法も考え
られるが、座屈防止手段70の方が堅固にできるととも
に、スプリングのように、伸縮したとき内径が変化する
ことがないので、金属材8の外径との隙間を極力少なく
することができる。また、隙間があっても螺旋状(半径
方向に平面的でない)なので、これによっても座屈しに
くい構造となる。
It is possible to use a spring that expands and contracts instead of the combination of the coils 71 and 72 having high rigidity, but the buckling prevention means 70 can be made firmer and expands and contracts like a spring. At this time, since the inner diameter does not change, the gap between the outer diameter of the metal material 8 and the outer diameter can be minimized. Further, even if there is a gap, the structure is spiral (not planar in the radial direction), and this also makes the structure less likely to buckle.

【0047】また、金属材8が自転しない場合を考える
と、回転子2が上からみて時計方向に回転する場合は、
コイル71,72は上から見て右ねじ方向の方が送出し
やすく望ましい。
Considering the case where the metal material 8 does not rotate, if the rotor 2 rotates clockwise when viewed from above,
It is preferable that the coils 71 and 72 are fed in the right-hand screw direction when viewed from above because the coils can be easily delivered.

【0048】つぎに、接合時の押圧力設定方法について
説明する。サーボモータ4は、回転速度が一定になるよ
うにフィードバック制御されており、検出した回転速度
が設定される値よりも遅い場合は、回転速度が上昇する
ように電流値を上げ、設定値より速い場合は回転速度を
下げるように電流値を下げる。つまり、回転子先端でワ
ークを押圧し、サーボモータ4の回転トルクが増大して
回転速度が遅くなるとサーボモータ4に供給される電流
が上昇し、回転トルクが低下するとサーボモータ4に供
給される電流が減少する。したがって、サーボモータ4
の電流値を検出することで、サーボモータ4の回転トル
クを検出することができる。したがって、所定の押圧力
に対応するサーボモータ4の電流値を予め設定してお
き、検出した電流値が設定した値になったとき、電磁ブ
レーキ5をオフにするように制御することで、押圧力を
設定する。
Next, a method for setting the pressing force at the time of joining will be described. The servo motor 4 is feedback-controlled so that the rotation speed becomes constant. If the detected rotation speed is slower than a set value, the servo motor 4 increases the current value so as to increase the rotation speed and is faster than the set value. In this case, lower the current value so as to lower the rotation speed. That is, when the rotor tip presses the work, the rotation torque of the servo motor 4 increases and the rotation speed decreases, the current supplied to the servo motor 4 increases, and when the rotation torque decreases, the current is supplied to the servo motor 4. The current decreases. Therefore, the servo motor 4
The rotational torque of the servomotor 4 can be detected by detecting the current value of Therefore, the current value of the servomotor 4 corresponding to a predetermined pressing force is set in advance, and when the detected current value reaches the set value, the electromagnetic brake 5 is controlled to be turned off, so that the pressing force is reduced. Set the pressure.

【0049】つぎに、図7に示すタイムチャートを参照
して、押圧力設定方法を適用した連続接合作業時の摩擦
攪拌接合装置1の制御方法について説明する。なお、図
7では上から、押圧力、回転子位置、電磁ブレーキ、サ
ーボモータの回転方向、サーボモータトルク、回転子2
の水平位置を示すタイムチャートを示す。
Next, the control method of the friction stir welding apparatus 1 during the continuous welding operation to which the pressing force setting method is applied will be described with reference to the time chart shown in FIG. In FIG. 7, from the top, the pressing force, rotor position, electromagnetic brake, servo motor rotation direction, servo motor torque, rotor 2
The time chart which shows the horizontal position of is shown.

【0050】初期状態では回転子2は、回転子保持部
材3が上昇した位置である原位置にあり、サーボモータ
4は逆転(反時計回り)しているものとする。つまり、
前回の接合作業が終了し、回転子2を逆転させながら上
昇して原位置に復帰した状態にあるものとする。このと
き、電磁ブレーキ5は、オフ状態にあり、励磁されてい
ない。つまり、ねじ軸30の回転は拘束されておらず、
回転子保持部材3とともに回転し、回転子2の直進移動
は停止している。
In the initial state, the rotor 2 is at the original position where the rotor holding member 3 is raised, and the servo motor 4 is reversely rotated (counterclockwise). That is,
It is assumed that the previous joining work has been completed, and the rotor 2 has been raised in reverse while returning to the original position. At this time, the electromagnetic brake 5 is in the off state and is not excited. That is, the rotation of the screw shaft 30 is not restricted,
The rotor 2 rotates together with the rotor holding member 3, and the linear movement of the rotor 2 is stopped.

【0051】サーボモータ4が回転していないときのサ
ーボモータトルクは0であり、正転している場合は+と
し、逆転している場合は−とする。の状態では、回転
子2はワークを押圧しておらず、押圧力は0(無負荷)
であるが、逆転しているので、サーボモータトルクは−
となる。
The servo motor torque when the servo motor 4 is not rotating is 0, and is positive when the motor is rotating normally and is − when the motor is rotating in the reverse direction. In this state, the rotor 2 does not press the work and the pressing force is 0 (no load).
However, the servo motor torque is-
Becomes

【0052】接合の準備として、サーボモータ4を正
転(時計回り)させる。すると、サーボモータトルクは
+となる。このとき、ねじ軸30もナット部材32とと
もに時計回りに回転している。
In preparation for joining, the servomotor 4 is rotated in the forward direction (clockwise). Then, the servo motor torque becomes +. At this time, the screw shaft 30 is also rotating clockwise together with the nut member 32.

【0053】電磁ブレーキ5をオンすると、ねじ軸3
0の回転が拘束され、ナット部材32がねじ軸30に対
して時計回りに回転し、回転子保持部材3および回転子
2が時計回りに回転しながら下降し始める。また、サー
ボモータトルクは、回転子保持部材3および回転子2の
直進移動分だけ増加する。なお、このときの電磁ブレー
キ4のブレーキトルクは、所定の押圧力が十分発生する
程度に設定しておく。
When the electromagnetic brake 5 is turned on, the screw shaft 3
The rotation of 0 is restricted, the nut member 32 rotates clockwise with respect to the screw shaft 30, and the rotor holding member 3 and the rotor 2 start descending while rotating clockwise. Further, the servo motor torque increases by the amount of straight movement of the rotor holding member 3 and the rotor 2. Note that the brake torque of the electromagnetic brake 4 at this time is set so that a predetermined pressing force is sufficiently generated.

【0054】回転子2がワークに当接すると、回転子
2の下降が停止し押圧力が発生する。また、これによっ
てサーボモータトルクも増大する。サーボモータトルク
が、所定の押圧力に対応する値に達すると、電磁ブレー
キ5をオフにする。これによって、ワークは所定の押圧
力で押圧されることとなる。そして、回転子2の水平位
置を、接合開始点から接合終了点への相対移動を開始す
るとともに、ピン先端から金属材を送出する。
When the rotor 2 comes into contact with the work, the descending of the rotor 2 is stopped and a pressing force is generated. This also increases the servo motor torque. When the servo motor torque reaches a value corresponding to a predetermined pressing force, the electromagnetic brake 5 is turned off. As a result, the work is pressed with a predetermined pressing force. Then, relative movement of the horizontal position of the rotor 2 from the joining start point to the joining end point is started, and the metal material is delivered from the pin tip.

【0055】ピン先端では摩擦熱によって母材が高温で
軟化しており、送出された金属材も高温になり、図8に
示すように、軟化して母材中に挿入される。そして、回
転子2とワークとの相対運動があるため、軟化して挿入
された金属材が母材の中に順次取り込まれることにな
る。この結果として、接合部での金属材の分量を補った
り、増やしたりすることができる。
At the tip of the pin, the base material is softened at high temperature due to frictional heat, and the delivered metal material also becomes hot, and as shown in FIG. 8, it is softened and inserted into the base material. Since there is relative motion between the rotor 2 and the work, the softened and inserted metal material is sequentially taken into the base material. As a result, it is possible to supplement or increase the amount of metal material at the joint.

【0056】回転子2の水平位置が接合終了点に到達す
ると、金属材の送出を停止する。なお、このときのサー
ボモータトルクは、回転子先端とワークとの摩擦による
負荷と、回転子2の押圧力に抗するねじ軸30のフラン
ジ33に作用する負荷である。
When the horizontal position of the rotor 2 reaches the joining end point, the feeding of the metal material is stopped. The servo motor torque at this time is the load due to the friction between the rotor tip and the work, and the load acting on the flange 33 of the screw shaft 30 that resists the pressing force of the rotor 2.

【0057】押圧後、サーボモータ4を逆転(反時計
回り)させるとともに、電磁ブレーキ5をオンにする。
すると、ねじ軸30が拘束され、ナット部材32がねじ
軸30に対して反時計回りに回転し、回転子2が上昇す
る。なお、このときのサーボモータトルクは、回転子2
を引き上げるときの負荷であるので、のときよりもや
や下がる。
After pressing, the servo motor 4 is rotated in the reverse direction (counterclockwise) and the electromagnetic brake 5 is turned on.
Then, the screw shaft 30 is restrained, the nut member 32 rotates counterclockwise with respect to the screw shaft 30, and the rotor 2 rises. The servo motor torque at this time is the rotor 2
Since it is a load when pulling up, it is slightly lower than when.

【0058】そして、回転子2が原位置まで上昇する
と、電磁ブレーキ5をオフにして停止させる。原位置か
らワーク押圧位置までの移動量は、予め設定されている
ので、サーボモータ4の逆転以降、前記移動量に対応す
る回転量だけサーボモータ4を回転させた時点で、電磁
ブレーキ5をオフする。これによって、回転子2は原位
置に復帰する。
When the rotor 2 moves up to its original position, the electromagnetic brake 5 is turned off and stopped. Since the movement amount from the original position to the work pressing position is set in advance, the electromagnetic brake 5 is turned off when the servo motor 4 is rotated by the rotation amount corresponding to the movement amount after the servo motor 4 is rotated in the reverse direction. To do. As a result, the rotor 2 returns to the original position.

【0059】回転子が原位置に戻った状態で、接合作
業の1サイクルが終了する。この状態は、上記したの
状態と同じである。
With the rotor returned to the original position, one cycle of the joining operation is completed. This state is the same as the state described above.

【0060】なお、本実施例においては金属材8の供給
は断続的に行われるので、金属材が供給されないとき
は、回転子2の横移動を停止したり、さらに回転の低減
も含めて調整すると良い。
In this embodiment, since the metal material 8 is intermittently supplied, when the metal material is not supplied, the lateral movement of the rotor 2 is stopped, and further adjustment including reduction of rotation is made. Good to do.

【0061】上記した接合方法では、における押圧時
の押圧力は一定となるように制御したが、押圧力を段階
的に、または無段階に増大させるように制御してもよ
い。たとえば、でサーボモータトルクが所定の第1の
値に達した時点で一旦、電磁ブレーキをオフにして所定
時間押圧し、その後、再度電磁ブレーキ5をオンにし、
サーボモータトルクが前記第1の値よりも大きい第2の
値に達した時点で電磁ブレーキ5をオフにし、また所定
時間押圧する。このようにして、段階的に押圧力を増大
させることができる。
In the above-mentioned joining method, the pressing force at the time of pressing was controlled to be constant, but the pressing force may be controlled to be increased stepwise or steplessly. For example, when the servo motor torque reaches a predetermined first value at, the electromagnetic brake is temporarily turned off and pressed for a predetermined time, and then the electromagnetic brake 5 is turned on again,
When the servo motor torque reaches the second value, which is larger than the first value, the electromagnetic brake 5 is turned off and pressed for a predetermined time. In this way, the pressing force can be increased stepwise.

【0062】また、この時、電磁ブレーキ5をオンにす
ると同時に、サーボモータ4を逆転させることとによ
り、押圧力を減少させることができる。
Also, at this time, the pressing force can be reduced by turning on the electromagnetic brake 5 and rotating the servo motor 4 in the reverse direction at the same time.

【0063】なお、本実施形態では、接合開始点から接
合終了点まで回転子先端をワークに挿入したまま移動さ
せて連続的に接合する場合を示したが、図9(a)に示
すように、ワークの異なる接合部位で、回転子先端の挿
入、引き抜きを繰り返し、断続的にワークを接合しても
よく、また図9(b)に示すように、ワークの各接合点
で、ピンの挿入および引き抜きを行い、ワークをスポッ
ト的に接合するようにしてもよい。本発明では、金属材
8を断続的に送り出すので、このようにスポット接合す
る場合にとくに好適である。なお、この場合、一回のス
ポット接合においては、金属材は連続的に送り出され
る。また、一回のスポット接合ごとに一本の金属材8を
送り出しても良く、一本の金属材8を複数回のスポット
接合に用いてもよい。
In the present embodiment, the case where the rotor tip is moved from the welding start point to the welding end point while being inserted into the workpiece and the welding is continuously performed is shown. However, as shown in FIG. Alternatively, the work pieces may be joined intermittently by repeatedly inserting and withdrawing the rotor tip at different joining portions of the work pieces. Further, as shown in FIG. 9 (b), the pins may be inserted at the respective joining points of the work pieces. Alternatively, the work pieces may be pulled out to join the works in a spot manner. In the present invention, since the metal material 8 is intermittently sent out, it is particularly suitable for such spot joining. In this case, in one spot joining, the metal material is continuously sent out. Further, one metal material 8 may be sent out for each spot joining, or one metal material 8 may be used for multiple spot joining.

【0064】また、本実施形態では、図7のタイムチャ
ートのにおいて、金属材8の送出停止と回転子上昇
(引き抜き)とを同時としたが、ピン7の長さに見あう
時間分、金属材8の送出停止を遅らせてもよい。すなわ
ち、図10に示すように、ピン7がワークの中にある間
は、金属材8を引き続き送出するようにして、ピン7を
引き抜いた後が空洞にならず、金属材8で覆っている状
態にするためである。これは、連続接合の場合に限ら
ず、図9(a)に示す断続的に接合する場合の各終了
点、および図9(b)に示すスポット接合する各接合点
においても、回転子2の引き抜き時に金属材8を送出す
るようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, in the time chart of FIG. 7, stopping the feeding of the metal material 8 and raising the rotor (withdrawing) are performed at the same time. However, the time corresponding to the length of the pin 7 corresponds to the metal. The stop of the delivery of the material 8 may be delayed. That is, as shown in FIG. 10, while the pin 7 is in the work, the metal material 8 is continuously delivered so that the metal material 8 is not hollow after the pin 7 is pulled out and is covered with the metal material 8. This is to put it in a state. This is not limited to the case of continuous joining, and the rotor 2 is not limited to the end points in the case of intermittent joining shown in FIG. 9A and the spots of spot joining shown in FIG. 9B. The metal material 8 may be delivered at the time of pulling out.

【0065】なお、本実施例では、金属材8が分断され
ているので、全体あるいは部分的に回転子2と共まわり
する。
In this embodiment, since the metal material 8 is divided, it rotates with the rotor 2 in whole or in part.

【0066】本実施例では、金属材としては、カートリ
ッジ式に予め所定長に切断されたものを用い、プッシャ
60により送出する様にしたが、金属線材をロール巻に
したものを用意し、その都度所定長に切断して、フレー
ム上でガイドに挿入して、プッシャ60で送出する様に
してもよい。
In this embodiment, as the metal material, a cartridge-type material cut in advance to a predetermined length was used, and the metal material was sent out by the pusher 60. However, a metal wire material wound in a roll was prepared, and It may be cut into a predetermined length each time, inserted into a guide on the frame, and delivered by the pusher 60.

【0067】つぎに、金属材8をアルミニウムとした場
合の実施例について説明する。摩擦熱によって生じる接
合部の最高温度は、通常450℃(500℃に達する場
合もある)である(軽金属溶接 Vol.37 No.9 p13)。ま
たアルミニウムの常温を20℃とする。
Next, an example in which the metal material 8 is aluminum will be described. The maximum temperature of the joint caused by frictional heat is usually 450 ° C (sometimes reaching 500 ° C) (Light metal welding Vol.37 No.9 p13). Further, the room temperature of aluminum is set to 20 ° C.

【0068】ここで、母材Aの中に物体Bが押し込まれ
るための法線応力F(Kg/mm2)は、母材Aの降伏応
力をY(Kg/mm2)とすると(図11参照)、 F=2.82Y であり(日刊工業新聞社 金属材料学 p220)、ア
ルミニウムの場合、常温でY=12.3であり(同 p
221)660℃の融点では、Y=0である。
Here, the normal stress F (Kg / mm 2 ) for pushing the object B into the base material A is Y (Kg / mm 2 ) where the yield stress of the base material A is (FIG. 11). ), F = 2.82Y (Nikkan Kogyo Shimbun, Metallic Materials Science p220), and in the case of aluminum, Y = 12.3 at room temperature (same p).
221) At the melting point of 660 ° C., Y = 0.

【0069】ここで、温度と降伏応力がほぼ反比例する
とし、余裕率を2倍にとると、450℃の摩擦攪拌時の
降伏応力は、 Yat450℃=12.3×(660−450)/(660
―20)×2=8.0 7したがって、450℃時にBが押し込められるときの
法線応力Fは、 Fat450℃=2.82×Yat450℃=22.8(Kg/mm
2) となる。
Here, assuming that the temperature and the yield stress are almost in inverse proportion to each other and the margin ratio is doubled, the yield stress at the time of friction stirring at 450 ° C. is Y at 450 ° C. = 12.3 × (660-450) / (660
−20) × 2 = 8.0 7 Therefore, the normal stress F when B is pushed in at 450 ° C. is F at450 ° C. = 2.82 × Y at 450 ° C. = 22.8 (Kg / mm
2 )

【0070】温度と降伏応力との関係を示す文献は少な
いが、JIS試験方法における耐力が降伏応力と比例関係
にあると考えられる。耐力については、図12のグラフ
(軽金属協会編 アルミニウムハンドブック p42)
に示すように、ほとんど全ての種類のアルミニウム合金
について、温度が350℃以上では、耐力が50N/m
2(5.1Kg/mm2)となっており、摩擦攪拌接合の
最高温度の450℃では、それ以下と考えられ、結果的
に、ほぼ反比例するとしたことは正しいと考えられる。
Although there are few documents showing the relationship between temperature and yield stress, it is considered that the proof stress in JIS test method is proportional to the yield stress. Regarding the proof stress, the graph in Fig. 12 (Aluminum Handbook, p42, edited by Japan Light Metal Association)
As shown in Fig. 3, almost all types of aluminum alloys have a proof stress of 50 N / m at temperatures above 350 ° C.
m 2 (5.1 Kg / mm 2 ), which is considered to be lower than the maximum temperature of 450 ° C. of friction stir welding, and as a result, it is considered correct that the inverse proportion is obtained.

【0071】一方送出するアルミ線材を1.6mmφと
すると、断面積は2.01mm2となる。したがって、
法線応力×断面積として、 22.8×2.01=45.8(Kg) …(1) となり、45.8Kg以上の力でアルミ線材を駆動供給す
ればよい。
On the other hand, if the aluminum wire rod to be sent out has a diameter of 1.6 mm, the sectional area is 2.01 mm 2 . Therefore,
The normal stress × cross-sectional area is 22.8 × 2.01 = 45.8 (Kg) (1), and the aluminum wire may be driven and supplied with a force of 45.8 Kg or more.

【0072】[0072]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、接合時
に、回転子先端から金属材が供給されるので、接合時に
形成される凹所、および接合終了点において形成される
凹所を防止することができる。さらに、接合部におい
て、金属材の分量を逆に増やすことも可能になるので、
余盛などを形成でき、さらなる強度向上を図ることがで
きる。
As described above, according to the present invention, since the metal material is supplied from the rotor tip at the time of joining, the recess formed at the joining and the recess formed at the joining end point are prevented. can do. Furthermore, since it is possible to increase the amount of metal material at the joint part,
Overfills can be formed, and the strength can be further improved.

【0073】また、金属材を供給して凹所を埋めるの
で、ワーク側を予め凸に形成する必要がない。また、送
出された金属材は、回転による摩擦熱で軟化させるの
で、図14の先行技術のように予め加熱する必要がな
く、加熱手段などを設ける必要がない。
Further, since the metal material is supplied to fill the recess, it is not necessary to form the work side in advance in advance. Further, since the fed metal material is softened by frictional heat due to rotation, it is not necessary to preheat it as in the prior art of FIG. 14, and it is not necessary to provide a heating means or the like.

【0074】また本発明によれば、金属材は断続的に供
給されるが、接合点一箇所のスポット接合においては、
金属材は連続的に送り出されるので、とくにスポット接
合において好適である。
Further, according to the present invention, the metal material is intermittently supplied, but in spot joining at one joining point,
Since the metal material is continuously sent out, it is particularly suitable for spot joining.

【0075】また本発明によれば、接合時に供給する金
属材が、被接合物とほぼ同質で、ほぼ同程度の硬度を有
するアルミニウム合金とすることで、被接合物と容易に
一体となり、十分な接合強度が得られる。
Further, according to the present invention, the metal material supplied at the time of joining is an aluminum alloy having substantially the same quality as that of the article to be joined and hardness of about the same, so that the article can be easily integrated with the article to be joined, Good bonding strength can be obtained.

【0076】また本発明によれば、予め所定の長さに切
断された棒状の金属材を用いることで、所定の量を正確
に供給することができる。したがって、とくにスポット
接合に用いる場合に好適である。また、金属材を後から
押し込んで供給するので、大きな押圧力で金属材を確実
に供給することができる。
Further, according to the present invention, a predetermined amount can be accurately supplied by using a rod-shaped metal material which is cut into a predetermined length in advance. Therefore, it is particularly suitable for use in spot joining. Moreover, since the metal material is pushed in and supplied later, the metal material can be reliably supplied with a large pressing force.

【0077】また本発明によれば、棒状の金属材を一本
ずつ回転子に供給し、押し込んで供給するので、連続し
て効率よく金属材を供給できる。
Further, according to the present invention, the rod-shaped metal material is supplied to the rotor one by one, and the metal material is pushed and supplied, so that the metal material can be continuously and efficiently supplied.

【0078】また本発明によれば、伸縮し、金属材を外
囲する座屈防止手段が設けられるので、回転子の移動を
許容するとともに、金属材の座屈を防止することができ
る。
Further, according to the present invention, since the buckling prevention means that expands and contracts and surrounds the metal material is provided, it is possible to allow the rotor to move and prevent the metal material from buckling.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の一形態である摩擦攪拌接合装置
1を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing a friction stir welding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.

【図2】送り出し手段23の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a sending-out means 23.

【図3】金属材8の送り出し方法を説明する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a method of sending out a metal material 8.

【図4】プッシャ本体66の位置、プッシャ本体66の
速度、およびプッシャ60の押圧力を示すグラフであ
る。
FIG. 4 is a graph showing the position of the pusher body 66, the speed of the pusher body 66, and the pressing force of the pusher 60.

【図5】座屈防止手段70近傍の拡大図である。5 is an enlarged view of the vicinity of buckling prevention means 70. FIG.

【図6】座屈防止手段70の構造を示す斜視図である。6 is a perspective view showing the structure of buckling prevention means 70. FIG.

【図7】摩擦攪拌接合装置1の制御方法を示すタイムチ
ャートである。
FIG. 7 is a time chart showing a control method of the friction stir welding apparatus 1.

【図8】接合時の回転子2先端を示す図である。FIG. 8 is a view showing the tip of the rotor 2 at the time of joining.

【図9】断続的に接合する方法を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a method of joining intermittently.

【図10】回転子2の引き抜き時の金属材8の送出を示
す図である。
FIG. 10 is a view showing the feeding of the metal material 8 when the rotor 2 is pulled out.

【図11】母材Aと物体Bとの関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a relationship between a base material A and an object B.

【図12】アルミニウムの耐力と温度との関係を示すグ
ラフである。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between proof stress of aluminum and temperature.

【図13】典型的な従来の摩擦攪拌接合装置50を示す
斜視図である。
FIG. 13 is a perspective view showing a typical conventional friction stir welding apparatus 50.

【図14】先行技術の摩擦攪拌接合装置を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing a friction stir welding apparatus of the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 摩擦攪拌接合装置 2 回転子 3 回転子保持部材 4 サーボモータ 8 金属材 9 回転子本体 30 ねじ軸 32 ナット部材 23 送り出し手段 60 プッシャ 61 供給手段 70 座屈防止手段 1 Friction stir welding equipment 2 rotor 3 Rotor holding member 4 Servo motor 8 metal materials 9 Rotor body 30 screw shaft 32 Nut member 23 Sending out means 60 pushers 61 Supplying means 70 Buckling prevention means

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高速回転する回転子の先端部を被接合物
に押圧し、前記先端部と前記被接合物との接触部を、回
転による摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合す
る摩擦攪拌接合装置において、 回転子先端部から、金属材を断続的に送り出す送り出し
手段を有し、接合時に、回転子先端から送り出された金
属材も摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物に一体化さ
せることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
1. A tip of a rotor that rotates at a high speed is pressed against an article to be joined, and a contact portion between the tip and the article is softened by frictional heat due to rotation and stirred to form the article to be joined. The friction stir welding device for joining has a feeding means for intermittently feeding the metal material from the rotor tip, and at the time of welding, the metal material fed from the rotor tip is also softened by friction heat, stirred and stirred. A friction stir welding device characterized by being integrated with a welded object.
【請求項2】 前記摩擦攪拌接合装置は、スポット接合
を行い、前記送り出し手段は、接合点一箇所のスポット
接合においては、金属材を連続的に送り出すことを特徴
とする請求項1記載の摩擦攪拌接合装置。
2. The friction according to claim 1, wherein the friction stir welding apparatus performs spot welding, and the feeding means continuously feeds a metal material in spot welding at one welding point. Stir welding equipment.
【請求項3】 前記金属材は、被接合物とほぼ同質で、
同程度の硬度を有するアルミニウム合金材であることを
特徴とする請求項1または2記載の摩擦攪拌接合装置。
3. The metal material is substantially the same in quality as the object to be bonded,
The friction stir welding apparatus according to claim 1 or 2, wherein the friction stir welding apparatus is an aluminum alloy material having a similar hardness.
【請求項4】 前記金属材は、予め所定の長さに切断さ
れた棒状の金属材であり、前記送り出し手段は、金属材
の後端部を押し込んで、回転子先端から金属材を送り出
すことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載
の摩擦攪拌接合装置。
4. The metal material is a rod-shaped metal material cut in advance to a predetermined length, and the feeding means pushes the rear end portion of the metal material to feed the metal material from the tip of the rotor. The friction stir welding apparatus according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
【請求項5】 前記回転子には、回転軸線に沿って貫通
し、棒状の金属材を案内するガイド孔が形成され、 前記棒状の金属材を、回転子後部の貫通孔に一本ずつ供
給する供給手段を有し、 前記送り出し手段は、回転子後部に供給された金属材
を、一本ずつ押し込むことを特徴とする請求項4記載の
摩擦攪拌接合装置。
5. The rotor is formed with guide holes penetrating along a rotation axis and guiding a rod-shaped metal material, and the rod-shaped metal materials are supplied to the through holes at the rear of the rotor one by one. 5. The friction stir welding apparatus according to claim 4, wherein the friction stir welding device further comprises a supply unit configured to supply the metal material supplied to the rear portion of the rotor one by one.
【請求項6】 回転子の後端部に挿入される棒状の金属
材を外囲し、棒状の金属材が座屈するのを防止する座屈
防止手段であって、 コイル状に巻かれて形成される一対のコイル部材が組み
合わされ、中心に前記棒状の金属材が挿入され、コイル
部材が互いに反対方向に回転して伸縮する座屈防止手段
を有することを特徴とする請求項5記載の摩擦攪拌接合
装置。
6. A buckling prevention means for surrounding a rod-shaped metal material inserted into a rear end portion of a rotor to prevent the rod-shaped metal material from buckling, and is formed by being coiled. 6. The friction according to claim 5, further comprising: a buckling prevention unit configured to combine a pair of coil members, insert the rod-shaped metal member in the center, and rotate the coil members in opposite directions to expand and contract. Stir welding equipment.
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