JP2004114138A

JP2004114138A - 摩擦攪拌接合加工機

Info

Publication number: JP2004114138A
Application number: JP2002284516A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kinoshita; 木下　俊之; Hiroyuki Yamamura; 山村　洋之; Shunsuke Kubo; 久保　俊介
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-27
Filing date: 2002-09-27
Publication date: 2004-04-15

Abstract

【課題】溶接される母材が完全には平坦でなくても、ボビンが母材を挟む圧力を一定に保持することが可能なＦＳＷ加工機を提供する。
【解決手段】本発明による摩擦攪拌接合加工機は、中心軸（８ｂ）を中心にして回転されるヘッド（８）と、溶接対象（Ｗ，Ｗ’）の表側の面に接触するための第１ボビン（９）と、溶接対象（Ｗ，Ｗ’）の裏側の面に接触するための第２ボビン（１２）と、中心軸（８ｂ）と同軸に設けられ、且つ、第１ボビン（９）と溶接対象（Ｗ，Ｗ’）とを貫通して第２ボビン（１２）に接合されるプローブ（１１）と、プローブ（１１）に力を印加して、第１ボビン（９）と第２ボビン（１２）とで溶接対象（Ｗ，Ｗ’）を挟みつける挟みつけ機構（１０、１４）とを備えている。第１ボビン（９）と第２ボビン（１２）とプローブ（１１）と挟みつけ機構（１０、１４）とは、中心軸（８ｂ）に平行な方向に移動可能であり、且つ、ヘッド（８）の回転とともに回転するようにヘッド（８）に保持されている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦攪拌接合加工機に関する。本発明は、特に、溶接対象をボビンによって挟み込んで摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ：Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｓｔｉｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ）を行う摩擦攪拌接合加工機（ＦＳＷ加工機）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）は、１９９１年に英国のＴＷＩ（Ｔｈｅ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）により発明された比較的新しい溶接方法である。ＦＳＷは、溶接対象である母材よりも硬いプローブを溶接部分に挿入し、該プローブを回転することによって発生する摩擦熱によって母材の組織内部を流動し攪拌して一体化する。ＦＳＷは、溶接時の熱影響による強度低下が非常に少なく、母材の熱歪みが非常に小さいという特長を有しており、アルミ母材の溶接に実用化されている。
【０００３】
特許文献１に開示されているように、ＦＳＷ加工機のプローブの上下には、母材を挟み込むボビンが取りつけられることがある。ボビンによって母材を挟み込むＦＳＷ加工機は、母材を構成する材料が溶融し流れ出して失われることを防止できる点で好適である。
【特許文献１】
米国特許公報５，４６０，３１７号公報
【０００４】
溶接部の状態を良好にするためには、ボビンが母材を挟む圧力は、一定に保たれることが望ましい。溶接される母材が溶接線に沿って完全に平坦であるときには、ボビンが母材を挟む圧力を一定に保つことは比較的容易である。しかし、特に溶接される母材が大型である場合には、微少な凹凸が母材に発生することは避けられず、母材が完全に平坦であることは期待できない。母材の非平坦性は、ボビンが母材を挟む圧力を一定に保つことを困難にする。母材が完全には平坦でなくても、ボビンが母材を挟む圧力が一定に保たれることが望まれる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は，溶接される母材が完全には平坦でなくても、ボビンが母材を挟む圧力を一定に保持することが可能なＦＳＷ加工機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以下に，［発明の実施の形態］で使用される番号・符号を用いて，課題を解決するための手段を説明する。これらの番号・符号は，［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記載との対応関係を明らかにするために付加されている。但し，付加された番号・符号は，［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【０００７】
本発明による摩擦攪拌接合加工機は、中心軸（８ｂ）を中心にして回転されるヘッド（８）と、溶接対象（Ｗ，Ｗ’）の表側の面に接触するための第１ボビン（９）と、溶接対象（Ｗ，Ｗ’）の裏側の面に接触するための第２ボビン（１２）と、中心軸（８ｂ）と同軸に設けられ、且つ、第１ボビン（９）と溶接対象（Ｗ，Ｗ’）とを貫通して第２ボビン（１２）に接合されるプローブ（１１）と、プローブ（１１）に力を印加して、第１ボビン（９）と第２ボビン（１２）とで溶接対象（Ｗ，Ｗ’）を挟みつける挟みつけ機構（１０、１４）とを備えている。第１ボビン（９）と第２ボビン（１２）とプローブ（１１）と挟みつけ機構（１０、１４）とは、中心軸（８ｂ）に平行な方向に移動可能であり、且つ、ヘッド（８）の回転とともに回転するようにヘッド（８）に保持されている。第１ボビン（９）と第２ボビン（１２）とプローブ（１１）と挟みつけ機構（１０、１４）とが中心軸（８ｂ）に平行な方向に移動可能であることにより、溶接対象（Ｗ，Ｗ’）の凹凸が第１ボビン（９）と第２ボビン（１２）と溶接対象（Ｗ，Ｗ’）を挟みつける圧力に及ぼす影響が排除され、一定の圧力で溶接対象（Ｗ，Ｗ’）を挟みつけることが可能になる。
【０００８】
挟みつけ機構（１０、１４）は、プローブ（１１）の第２ボビン（１２）と反対の端に接合されるベース部材（１０）と、ベース部材（１０）と第１ボビン（９）との間に介設され、ベース部材（１０）が中心軸（８ｂ）と平行な方向に移動して第１ボビン（９）から離れるような方向にベース部材（１０）と第１ボビン（９）とに力を印加する弾性体（１４）とを含むことが好ましい。
【０００９】
この場合、ヘッド（８）は、第１ボビン（９）とベース部材（１０）と弾性体（１４）とが挿入される挿入口（８ｃ）を有し、挿入口（８ｃ）の側壁には、ヘッド（８）の中心軸（８ｂ）に平行な方向に移動可能であり、且つ、ヘッド（８）の回転とともに回転するように第１ボビン（９）を保持するガイドブッシュ（１５）が設けられていることが好ましい。
【００１０】
ヘッド（８）が、第１ボビン（９）と挟みつけ機構（１０、１４）とプローブ（１１）とが挿入される挿入口（８ｃ）を有している場合、挿入口（８ｃ）には、中心軸（８ｂ）に垂直な方向に突出し、第１ボビン（９）と挟みつけ機構（１０、１４）と前記プローブ（１１）とが中心軸（８ｂ）に平行な方向に移動してヘッド（８）から離脱するのを防止する突起（１８ａ）が設けられていることが好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明によるＦＳＷ加工機の実施の一形態では、図２に示されているように、ワークを載せるテーブル１が、ガントリ２とともに設けられている。テーブル１は、Ｘ軸方向に移動可能である。ガントリ２には、Ｚ軸方向に移動可能な移動台３が設けられている。移動台３には、Ｙ軸方向に移動可能な移動台４が設けられている。移動台４の下端には、水平面内に定められたＣ軸方向に回転可能な回転台５が接合されている。回転台５の下端には、鉛直面内に定められたＢ軸方向に回転可能な回転台６が設けられている。回転台６は、回転可能な主軸６ａを有している。移動台４の内部には、モータ（図示されない）が設けられ、該モータが発生する回転動力は、移動台４と回転台５との内部に設けられた動力伝達機構（図示されない）を介して回転台６の主軸６ａに伝達される。主軸６ａは、該回転動力によって回転される。
【００１２】
回転台６の主軸６ａには、ＦＳＷ工具７が接合されている。図１は、ＦＳＷ工具７の構造を示す。ＦＳＷ工具７は、エクステンションヘッド８と第１ボビン９とベース部材１０とプローブ１１と第２ボビン１２とを含む。溶接される母材Ｗ、Ｗ’は、その間にプローブ１１が挿入され、更に、第１ボビン９と第２ボビン１２とに挟まれる。プローブ１１、第１ボビン９、及び第２ボビン１２が回転しながら溶接線に沿って移動されると、母材Ｗと母材Ｗ’は溶接される。
【００１３】
ＦＳＷ工具７の詳細な構造を以下に説明する。エクステンションヘッド８は，円錐状の接合面８ａを有し、接合面８ａにおいて回転台６の主軸６ａに接合する。エクステンションヘッド８は、キー８ｄによって主軸６ａと同軸に接合され、主軸６ａと同体に中心軸８ｂの周りに回転する。
【００１４】
エクステンションヘッド８には、その先端から主軸６の側に延伸する挿入口８ｃが設けられ、この挿入口８ｃには、第１ボビン９とベース部材１０とが挿入されている。エクステンションヘッド８の挿入口８ｃの側壁には、ガイドブッシュ１５が設けられ、第１ボビン９とエクステンションヘッド８とは、ガイドブッシュ１５及びキー２１を介して接合されている。ガイドブッシュ１５及びキー２１は，第１ボビン９を，中心軸８ｂに平行な方向に移動可能であり、且つ、エクステンションヘッド８の回転とともに回転するように保持する。主軸６ａに与えられる回転動力は、エクステンションヘッド８とキー８ｄとガイドブッシュ１５とキー２１とを介して第１ボビン９に伝達される。
【００１５】
第１ボビン９は円筒形の空洞を有しており、この空洞にはベース部材１０が挿入されている。ベース部材１０は、キー２２を介して第１ボビン９に接合されている。キー２２は，第１ボビン９とベース部材１０とを、中心軸８ｂと平行な方向に摺動可能であり、中心軸８ｂの周りに同体に回転する様に保持する。
【００１６】
ベース部材１０は、プローブ１１の一端に接合されている。プローブ１１は、エクステンションヘッド８の中心軸８ｂと同軸に保持されている。プローブ１１は、ベース部材１０に一体に形成されており、プローブ１１は、ベース部材１０と同体に回転する。
【００１７】
プローブ１１は、第１ボビン９を貫通しており、プローブ１１の他端には、第２ボビン１２と調節ナット１３とが螺合されている。第２ボビン１２と調節ナット１３とは、固定部材（図示されない）によってプローブ１１に固定される。第２ボビン１２と調節ナット１３とをプローブ１１に固定する固定部材は、プローブ１１から脱着自在である。プローブ１１をワークＷとワークＷ’との間にに挿入する場合のように、必要がある場合には、第２ボビン１２と調節ナット１３とは、プローブ１１から脱着可能である。
【００１８】
プローブ１１と一体に形成されたベース部材１０と第１ボビン９との間には、バネ１４が設けられる。バネ１４は、第１ボビン９に対して第２ボビン１２と反対の方向の力をベース部材１０に印加する。このような力がベース部材１０に印加されることにより、ワークＷとワークＷ’とは、第１ボビン９と第２ボビン１２とにより挟みつけられる。
【００１９】
エクステンションヘッド８の挿入口８ｃの縁には、蓋部材１８が接合されている。蓋部材１８は、ボルト１９によってエクステンションヘッド８に接合されている。蓋部材１８は、中心軸８ｂに垂直な方向に突出する突起１８ａを有している。突起１８ａは、第１ボビン９、ベース部材１０、プローブ１１、及びバネ１４が中心軸８ｂに平行な方向に移動してエクステンションヘッド８から離脱するのを防止する。
【００２０】
エクステンションヘッド８の外側面の近傍には、冷却油循環路１６が設けられる。冷却油循環路１６には、回転台６に設けられた冷却油供給口１７から冷却油が供給され、冷却油が流される。エクステンションヘッド８は、該冷却油によって冷却される。
【００２１】
このような構造を有するＦＳＷ加工機は、母材Ｗ，Ｗ’が溶接線に沿って完全に平坦でなく、ある程度の凹凸を有する場合でも、第１ボビン９と第２ボビン１２とが母材Ｗ、Ｗ’を挟む圧力を概ね一定に保つことができる。第１ボビン９と第２ボビン１２とは、エクステンションヘッド８に対して中心軸８ｂに平行な方向に移動可能であるから、第１ボビン９と第２ボビン１２とは、設けられた母材Ｗ，Ｗ’に凹凸が存在しても、該凹凸に応じてその位置が移動自在である。したがって、母材Ｗ，Ｗ’の凹凸は、第１ボビン９と第２ボビン１２とが母材Ｗ，Ｗ’を挟みつける圧力に影響されない。第１ボビン９と第２ボビン１２とが母材Ｗ，Ｗ’を挟みつける圧力は、実質的に、バネ１４がベース部材１０及びプローブ１１を介して第２ボビン１２に作用する力のみによって決定される。したがって、本実施の形態のＦＳＷ加工機は、母材Ｗ，Ｗ’が溶接線に沿って完全に平坦でないばあいでも、第１ボビン９と第２ボビン１２とが母材Ｗ、Ｗ’を挟む圧力を概ね一定に保つことができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明により，溶接される母材が完全には平坦でなくても、ボビンが母材を挟む圧力を一定に保持することが可能な摩擦攪拌溶接加工機が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は，本発明による摩擦攪拌溶接加工機の実施の一形態におけるＦＳＷ工具７を示す。
【図２】図２は，本発明による摩擦攪拌溶接加工機の実施の一形態を示す。
【符号の説明】
１：テーブル
２：ガントリ
３：移動台
４：移動台
５：回転台
６：回転台
６ａ：主軸
７：ＦＳＷ工具
８：エクステンションヘッド
８ａ：接合面
８ｂ：中心軸
８ｃ：挿入口
９：第１ボビン
１０：ベース部材
１１：プローブ
１２：第２ボビン
１３：調整ナット
１４：バネ
１５：ガイドブッシュ
１６：冷却油循環路
１７：冷却油供給口

Claims

中心軸を中心にして回転されるヘッドと、
溶接対象の表側の面に接触するための第１ボビンと、
前記溶接対象の裏側の面に接触するための第２ボビンと、
前記中心軸と同軸に設けられ、且つ、前記第１ボビンと前記溶接対象とを貫通して前記第２ボビンに接合されるプローブと、
前記プローブに力を印加して、前記第１ボビンと前記第２ボビンとで前記溶接対象を挟みつける挟みつけ機構
とを備え、
前記第１ボビンと前記第２ボビンと前記プローブと前記挟みつけ機構とは、前記中心軸に平行な方向に移動可能であり、且つ、前記ヘッドの回転とともに回転するように前記ヘッドに保持されている
摩擦攪拌接合加工機。
請求項１に記載の摩擦攪拌接合加工機において、
前記挟みつけ機構は、
前記プローブの、前記第２ボビンと反対の端に接合されるベース部材と、
前記ベース部材と前記第１ボビンとの間に介設され、前記ベース部材が前記中心軸と平行な方向に移動して前記第１ボビンから離れるような方向に前記ベース部材と前記第１ボビンとに力を印加する弾性体
とを含む
摩擦攪拌接合加工機。
請求項２に記載の摩擦攪拌接合加工機において、
前記ヘッドは、前記第１ボビンと前記ベース部材と前記弾性体とが挿入される挿入口を有し、
前記挿入口の側壁には、前記ヘッドの中心軸に平行な方向に移動可能であり、且つ、前記ヘッドの回転とともに回転するように前記第１ボビンを保持するガイドブッシュが設けられた
摩擦攪拌接合加工機。
請求項１に記載の摩擦攪拌接合加工機において、
前記ヘッドは、前記第１ボビンと前記挟みつけ機構と前記プローブとが挿入される挿入口を有し、
前記挿入口には、前記中心軸に垂直な方向に突出し、前記第１ボビンと前記挟みつけ機構と前記プローブとが前記中心軸に平行な方向に移動して前記ヘッドから離脱するのを防止する突起が設けられている
摩擦攪拌接合加工機。