JP2004136346A

JP2004136346A - Friction stir welding apparatus

Info

Publication number: JP2004136346A
Application number: JP2002304461A
Authority: JP
Inventors: Yasue Nagao; 長尾　保栄; Yuzo Kano; 加納　雄三; Koji Nomura; 野村　浩二; Yasunari Fujisawa; 藤沢　泰成; Minoru Suzuki; 鈴木　実; Yoshiaki Uchida; 内田　圭亮
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-10-18
Filing date: 2002-10-18
Publication date: 2004-05-13
Anticipated expiration: 2022-10-18
Also published as: JP4313020B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide friction stir welding apparatus that can be miniaturized and that has a profile practical for friction stir welding operation. <P>SOLUTION: A first chuck body 25 is mounted with a pivoting tool 24 that is freely rotatable while a second chuck body 19 is mounted with a pressurizing tool 27 that is freely linearly displaceable. Friction stir welding is performed by driving the pivoting tool 24 rotatably and the pressurizing tool 27 in a linearly displaceable manner. Since the pivoting tool and the pressurizing tool are independently driven, the tool driving mechanism can be simplified and miniaturized. In addition, there is no need of arranging a rotary motor 28 and a pressure motor 29 together near the second tool holding section 22 in which the pressurizing tool 27 is mounted, thus minimizing the profile near the second tool holding section 22. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
たとえば多関節ロボットに設けられ、被接合物をスポット摩擦撹拌接合する際に好適に用いられる摩擦撹拌接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来の摩擦撹拌接合装置１を示す正面図であり、図１３は、摩擦撹拌接合装置１の左側面図である。従来の摩擦撹拌接合装置１は、回転子２が装着されるチャック体１２と、チャック体１２を回転軸線６まわりに回転させる回転モータ３と、チャック体１２を回転軸線６に沿って変位させる加圧モータ４と、チャック体１２に対向して配置される固定子５と、チャック体１２および固定子５を支持する基台１３とを備える。
【０００３】
摩擦撹拌接合装置１は、チャック体１２に装着される回転子２と固定子５との間に被接合物９が位置するように移動する。この状態で回転子２を加圧モータ４によって変位駆動し、固定子５に向かって移動させる。回転子２が移動することによって、被接合物９は、回転子２と固定子５とによって挟持される。
【０００４】
回転子２は、被接合物９を押圧した状態で、回軸モータ３によって回転駆動される。回転子２が被接合物９と回転接触することによって、回転子２と被接合物９とに摩擦熱が発生する。摩擦撹拌接合装置１は、摩擦熱によって被接合物９を流動化させ、流動化した被接合物９を撹拌して、被接合物９を構成する２つの接合部材７，８を接合する（たとえば特許文献１および特許文献２）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−３１４９８２号公報
【特許文献２】
特開２００２−１３７０６７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の摩擦撹拌接合装置１は、摩擦熱を発生させるために、一つの回転子２を回転させた状態でさらに被接合物９に押付ける。したがって回転子２を回転するための回転駆動機構と回転子２を被接合物９に押付けるための変位駆動機構との両方が必要である。回転子２を回転させながら被接合物９に押付ける機構は複雑であり、形状が大形化するという問題がある。
【０００７】
とくに、回転子２を回転させるための回転モータ３および回転子２を被接合物に押付ける加圧モータ４が、動力伝達機構の簡略化のために回転子近傍に配置される場合があり、２つのモータ３，４によって回転子近傍の形状が大形化してしまうことがある。
【０００８】
また回転子２を装着するチャック体１２は、回転自在に回転子２を支持するための軸受を有する。チャック体１２は、回転子２を支持するために回転子２よりも大きい形状を有し、回転子２とともに固定子５に向かって移動する。したがって被接合物９の形状によっては、チャック体１２が被接合物９と接触してしまう場合があり、回転子２と固定子５との被接合物９の挟持を妨げるという問題がある。
【０００９】
またチャック体１２が被接合物９に接触することを防止するために、回転子２の長さを大きくした場合には、回転子２は、回転接触時に与えられる押付け力によって振れおよびねじれが生じる。振れおよびねじれが回転子２に生じると、正確な位置に摩擦撹拌接合できない場合があり、また回転子２が破損するおそれがある。
【００１０】
したがって本発明の目的は、形状を小形化するとともに、摩擦撹拌接合動作を妨げることがない摩擦撹拌接合装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、少なくとも２つ以上の部材から成る被接合物を接合する摩擦撹拌接合装置であって、
互いに対向する第１および第２ツール保持部を有する基台と、
第１ツール保持部に設けられ、回転自在に設けられる旋回ツールが第２ツール保持部に臨んだ状態で装着される第１チャック体と、
第１チャック体を回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
第２ツール保持部に設けられ、第１ツール保持部に近接および離反する変位方向へ変位自在に設けられる加圧ツールが装着される第２チャック体と、
第２チャック体を変位方向に変位駆動する変位駆動手段と含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置である。
【００１２】
本発明に従えば、基台が被接合物に対して相対的に移動し、第１ツール保持部と第２ツール保持部との間に被接合物が位置するように移動する。この状態で、第２チャック体に装着された加圧ツールを第１ツール保持部に向かって変位駆動するとともに、第１チャック体に装着された旋回ツールを回転軸線まわりに回転駆動する。
【００１３】
加圧ツールを第１ツール保持部に向かって変位駆動することによって、加圧ツールと旋回ツールとの間の間隔が小さくなり、被接合物は加圧ツールの先端部と旋回ツールの先端部とによって挟持される。変位駆動手段によって、加圧ツールが被接合物に当接した後も加圧ツールに力を与えることによって、被接合物が旋回ツールに押付けられる。
【００１４】
回転駆動手段によって、被接合物が押付けられた旋回ツールを回転させる。これによって旋回ツールと被接合物とに摩擦熱が発生する。旋回ツールを押付ける被接合物の部分は、摩擦熱によって流動性を増し、旋回ツールは、被接合物の流動化した部分を穿孔する。被接合物を穿孔する旋回ツールは、被接合物を構成する２つ以上の接合部材のそれぞれの境界部分まで達し、それぞれの境界部分を流動化して撹拌する。これによって２つ以上の接合部材のそれぞれの境界部分は互いに混ざり合い、各接合部材が接合される。
【００１５】
また本発明では、旋回ツールと加圧ツールとが独立して駆動されるので、従来の技術のように回転子を回転させた状態で加圧する場合に比べて、ツールの駆動機構を単純化することができる。ツールの駆動機構を単純化することによって、摩擦撹拌接合装置を小形化することができる。また旋回ツールを装着する第１ツール保持部および加圧ツールを装着する第２ツール保持部のいずれかの近傍に回転駆動手段と変位駆動手段とをともに配置する必要がなく、ツール保持部近傍の形状を小形化することができる。また変位駆動手段および回転駆動手段の配置位置の設計における自由度を増やすことができる。
【００１６】
装着された加圧ツールは、回転せずに被接合物に押圧されるので、摩擦撹拌接合にあたって、振れおよびねじりが生じることがない。したがって加圧ツールおよび第２チャック体を細くまたは長く形成したとしても、摩擦撹拌接合時に与えられる力に十分に耐えることができる。加圧ツールおよび第２チャック体を細くまたは長く形成することによって、摩擦撹拌接合時に被接合物が加圧ツールおよび旋回ツールの各先端部以外の部分に接触することを防止することができ、摩擦撹拌接合を阻害することなく確実に行うことができる。
【００１７】
また本発明は、第１および第２ツール保持部は、一体の基台に設けられ、
第１ツール保持部に比べて、第２ツール保持部寄りの位置において、基台がロボットアームの先端部に連結されて用いられることを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、ロボットアームが駆動されることによって、基台を移動させて摩擦撹拌接合を行うことができる。ロボットアームを基台の連結部分に連結した場合には、ロボットアームが被接合物の周囲の物体に接触することを防止するために、摩擦撹拌接合にあたって基台の連結部分は、被接合物の周囲の空間のうち、十分に広い領域側に配置される。
【００１９】
また第２チャック体は、加圧ツールを変位自在に装着するために、変位方向に沿って延びるレールまたはねじ軸などが必要であり、第１チャック体に比べて大形となる。
【００２０】
第２ツール保持部は、第１ツール保持部よりも、ロボットアームが連結される連結部分寄りに設けられ、連結部分寄りに第２チャック体が設けられる。したがって被接合物の周囲の空間のうち、十分に広い領域側に第２チャック体が配置される可能性が高く、第１チャック体に比べて大形となる第２チャック体が被接合物に接触することを防止することができる。また第１ツール保持部の近傍では、ロボットアームおよび第２チャック体がないので、小形に形成することができ被接合物に接触することをより確実に防止することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である摩擦撹拌接合装置２０の一部を切断して示す正面図であり、図２は、摩擦撹拌接合装置２０の左側面図であり、図３は、摩擦撹拌接合装置２０の右側面図であり、図４は、摩擦撹拌接合装置２０の底面図である。また図５は、摩擦撹拌接合装置２０が汎用多関節ロボットに連結された状態を示す図である。摩擦撹拌接合装置２０は、汎用多関節ロボット４０のロボットアーム先端部４１に連結されて、予め定められる位置に移動する。
【００２２】
摩擦撹拌接合装置２０は、旋回ツール２４および加圧ツール２７が装着される。旋回ツール２４は、たとえば円筒状の軸体であり回転自在に摩擦撹拌接合装置２０に装着される。また加圧ツール２７は、たとえば円筒状の軸体であり旋回ツール２４に近接離反する方向Ａに変位自在に摩擦撹拌接合装置２０に装着される。なお図１および図２において、加圧ツール２７が移動した状態を２点鎖線で示す。
【００２３】
摩擦撹拌接合装置２０は、加圧ツール２７を変位駆動し、旋回ツール２４と加圧ツール２７とによって被接合物を協働して挟持する。この状態で、加圧ツール２７を旋回ツール２４に向けて押付けることによって、被接合物を旋回ツール２４に押付ける。また摩擦撹拌接合装置２０が旋回ツール２４を回転駆動することによって、旋回ツール２４が被接合物に回転接触し、旋回ツール２４と被接合物とに摩擦熱が生じる。摩擦撹拌接合装置２０は、摩擦熱によって被接合物を流動化させ、流動化した被接合物を撹拌して、被接合物を構成する複数の接合部材を接合する。
【００２４】
摩擦撹拌接合装置２０は、ロボットアーム４０の先端部４１に支持される基台２３と、基台２３の第１ツール保持部２１に設けられ、旋回ツール２４を装着する第１チャック体２５と、基台２３の第２ツール保持部２２に設けられ、加圧ツール２７を装着する第２チャック体１９と、旋回ツール２４を回転軸線２６まわりに回転駆動する回転モータ２８と、加圧ツール２７を変位駆動および加圧する加圧モータ２９とを含む。
【００２５】
基台２３は、第１フレーム３２と第２フレーム３３とを含んで構成され、第１フレーム３２および第２フレーム３３によって略Ｕ字状に形成される。第１フレーム３２は、一方向に延びる第１部分３０と、第１部分３０に対してほぼ直角に屈曲して延びる第２部分３１とを有し、第１部分３０の一端部３０ａと第２部分３１の一端部３１ａとが連なり略Ｌ字状に形成される。また第２フレーム３３は、第１フレーム３２の第１部分３０にほぼ平行に延び、その一端部３３ａは、第１フレーム３２の第２部分３１の他端部３１ｂにボルト３９によって連結される。
【００２６】
本明細書において、ほぼ平行とは、平行となる状態とほぼ平行となる状態とを含む。またほぼ直交とは、直交となる状態と略直交となる状態とを含む。またほぼ直角とは、直角となる状態と略直角となる状態とを含む。
【００２７】
第１フレーム３２の第１部分他端部３０ｂは、第１ツール保持部２１となり、第１チャック体２５が設けられる。また第２フレーム３３の他端部３３ｂは、第２ツール保持部２２となり、第２チャック体１９が設けられる。この第１ツール保持部２１および第２ツール保持部２２は、互いに対向して配置される。したがって本実施の形態では、略Ｕ字状に延びる基台２３の両端部がそれぞれ第１および第２ツール保持部２１，２２となる。
【００２８】
第１チャック体２５は、旋回ツール２４を装着するとともに、回転モータ２８からの回転力を旋回ツール２４に与える。旋回ツール２４は、第１チャック２５を介して回転モータ２８から回転力が与えられて、回転軸線２６まわりに回転する。第２チャック体１９は、加圧ツール２７を装着するとともに、加圧モータ２９からの回転力をねじ機構などによって直進力に変換し、直進力を加圧ツール２７に与える。加圧ツール２７は、第２チャック体１９から与えられた直進力によって、旋回ツール２４に対して近接および離反する変位方向Ａに変位する。また第２チャック体１９は、加圧モータ２９を保持する加圧モータ保持部材３８を含む。第１チャック体２５および第２チャック体１９についての具体的な説明は後述する。
【００２９】
各チャック体１９，２５に装着された加圧ツール２７および旋回ツール２４は、互いの軸線が同軸に配置される。言換えると加圧ツール２７は、回転軸線２６と同軸に配置される。また第１フレーム３２の第２部分３１の延びる方向は、回転軸線２６に対してほぼ平行に形成され、第１フレーム３２の第１部分３０および第２フレーム３３の延びる方向は、回転軸線２６に対してほぼ直交して形成される。
【００３０】
回転モータ２８は、第１フレーム３２の第２部分３１を挟んで第１部分３０とは反対側の位置に固定される。また回転モータ出力軸３４は、旋回ツール２４の回転軸線２６に対して平行に配置される。回転モータ出力軸３４の回転力は、たとえばベルト３６または歯車などの動力伝達機構を介して第１チャック回転軸１７に与えられる。たとえば回転モータ２８は、サーボモータによって実現される。
【００３１】
加圧モータ２９は、第２チャック体１９の加圧モータ保持部材３８に固定され、第２フレーム３３を挟んで、第１ツール保持部２１とは反対側の位置に固定される。加圧モータ出力軸３５は、加圧ツール２７が変位する変位方向Ａに対して平行に配置される。加圧モータ出力軸３５の回転力は、たとえばベルトまたは歯車などの動力伝達機構を介して第２チャック回転軸７１に与えられる。
【００３２】
また摩擦撹拌接合装置２０は、基台２３とロボットアーム４０の先端部４１とを連結する連結部材４２をさらに備える。すなわち基台２３は、連結部材４２を介してロボットアーム４０に支持される。連結部材４２は、第１フレーム３２にボルト４６によって着脱可能に固定され、第１フレーム３２の第２部分３１を挟んで、第２フレーム３３と反対側の位置に配置される。すなわち基台２３は、第１ツール保持部２１に比べて、第２ツール保持部２２寄りの位置において、ロボットアーム４０に連結される。
【００３３】
連結部材４２は、互いに直交する２つの板部４３，４４を有する。連結部材４２の第１板部４３は、ボルト４６によって第１フレーム３２に固定され、第２板部４４は、ボルト４５によってロボットアーム４０の先端部端面４７に固定される。ロボットアーム先端部端面４７は、ロボットアーム先端部４１の軸線４８に対して垂直である。ロボットアーム先端部端面４７が第１フレーム３２の第２部分３１が延びる方向に垂直に配置されて、ロボットアーム先端部４１の軸線４８と回転軸線２６とが平行に配置される。
【００３４】
第１フレーム３２の第１部分３０が延びる方向を幅方向Ｘとし、第１フレームの第２部分３１が延びる方向を長手方向Ｙとし、幅方向Ｘおよび長手方向Ｙにともに直交する方向を厚み方向Ｚとすると、図２および図３に示すように幅方向Ｘに垂直な仮想平面に摩擦撹拌接合装置２０を投影した場合、旋回ツール２４、加圧ツール２７、第１チャック体２５、第２チャック体１９、加圧モータ２９、回転モータ２８およびロボットアーム先端部４１の各軸線が回転軸線２６を通過する一仮想平面に沿って配置される。
【００３５】
連結部材４２は、第１板部４３と第２板部４４とに連なる第１リブ５０ａと、第１リブ５０ａと第２板部４４とにともに連なる第２リブ５０ｂとを有する。このような複数のリブによって連結部材４２が破損することが防止することができ、基台２３とロボットアーム先端部４１とを確実に固定することができる。
【００３６】
図６は、図１のセクションＳを拡大して示す断面図である。なお図６において、２つの被接合物１５，１４を２点鎖線でそれぞれ示す。第１チャック体２５は、第１フレーム３２に固定されるステータ５２と、旋回ツール２４を装着して回転する第１チャック回転軸１７とを含んで構成される。
【００３７】
ステータ５２は、円筒状に形成され、第１チャック回転軸１７が収容される挿通孔が形成される。またステータ５２は、フランジ部５５が形成され、ボルト５１によってフランジ部５５と第１フレーム３２とが着脱可能に固定される。
【００３８】
第１チャック回転軸１７は、一端部１７ａに旋回ツール２４を装着し、他端部１７ｂに第１チャック歯車５４が設けられる。第１チャック回転軸１７は、ベアリング５６，５７，５８を介して挿通孔に挿通し、ステータ５２に対して回転自在に設けられる。第１チャック回転軸１７は、軸線方向一方側に向かうにつれて、外周径が段階的に変化する多段円筒状に形成され、一端部１７ａから他端部１７ｂに向けて、第１軸部分５９、第２軸部分６０、第３軸部分６１および第４軸部分６２が形成される。第１チャック回転軸１７のうち、第２軸部分６０および第３部分６１が挿通孔に挿通し、第１軸部分５９がステータ５２の一端面６３から突出し、第４軸部分６２が、ステータ５２の他端面６４から突出する。
【００３９】
第１軸部分５９の外周径は、挿通孔の内径よりも大きく形成され、第１軸部分５９の軸線方向他方側端面６５とステータ５２の一端面６３との間にスラスト玉軸受５６が配置される。また第２軸部分６０の外周径は、ステータ５２の内周面よりも小さく形成され、第２軸部分６０の外周面とステータ５２の内周面との間に針状ころ軸受５７が配置される。また第３軸部分６１の外周径は、第２軸部分６０の外周径よりも小さく形成され、第３軸部分６１の外周面とステータ５２の内周面との間にラジアル玉軸受５８が配置される。第４軸部分６２は、第１チャック歯車５４が同軸に固定される。これによって第１チャック回転軸１７と第１チャック歯車５４とは、一体に回転する。
【００４０】
スラスト玉軸受５６が設けられることによって、被接合物が旋回ツール２４を押付けても第１チャック回転軸１７を回転させることができる。また針状ころ軸受５７が設けられることによって、第１チャック回転軸１７は、大きいラジアル荷重に対しても回転することができる。
【００４１】
第１軸部分５９の軸線方向一方側には、軸線方向他方に向かうにつれて内周径が縮径する装着孔が形成される。また装着孔に装着部材６６が装着される。装着部材６６は、軸線方向一方に向かうにつれて外周径が縮径するように形成される。装着部材６６は、その外周面と装着孔が形成される内周面とが互いに当接する。このような装着部材６６の内周に旋回ツール２４が嵌合することによって、第１チャック回転軸１７と装着された旋回ツール２４との軸線が同軸に配置される。
【００４２】
また図１に示すように、回転モータ２８は、回転モータ出力軸３４に同軸に回転モータ歯車６７が固定される。回転モータ歯車６７と第１チャック歯車５４とは、ベルト３６によって連結される。これによって回転モータ出力軸３４の回転力は、回転モータ歯車６７、ベルト３６および第１チャック歯車５４を介して第１チャック回転軸１７に与えられる。第１チャック回転軸１７が回転すると、第１チャック回転軸１７に装着された旋回ツール２４は、第１チャック回転軸１７とともに回転する。
【００４３】
また回転モータ２８は、板状のモータ取付部材４９に固定される。モータ取付部材４９は、第１フレーム３２の第１部分３０の一端部３０ａから第１ツール保持部２１とは反対方向に延びる第３部分６８にボルト６９によって固定される。ボルト６９がモータ取付部材４９に形成される長孔１６を挿通して第３部分６８に螺着することによって、モータ取付部材４９は、第３部分６８に着脱可能に固定される。長孔１６は、第１チャック回転軸１７と回転モータ出力軸３４とを結ぶ方向７０に平行に延びて形成される。これによってベルト３６が緩んだ場合などには、回転モータ２８の位置を第１チャック体２５から離反させて、ベルト３６の張力を一定に保つことができる。
【００４４】
図７は、第２チャック体１９を示す断面図である。第２チャック体１９は、加圧ツール２７を着脱可能に装着し、装着された加圧ツール２７とともに変位する変位軸１８と、加圧モータ２９からの回転力を受けて回転する第２チャック回転軸７１と、変位軸１８をまわり止めした状態で変位自在に支持する支持部材７２と、加圧モータ２９を保持する加圧モータ保持部材３８とを有する。
【００４５】
変位軸１８および第２チャック回転軸７１は、回転軸線２６と同軸に配置され、支持部材７２もまた回転軸線２６に沿って延びる。支持部材７２の一端部７２ａは、第２フレーム３３に連結され、支持部材７２の他端部７２ｂは、加圧モータ保持部材３８と連結される。加圧モータ保持部材３８に固定された加圧モータ２９は、支持部材７２に対して隣接して配置される。
【００４６】
変位軸１８は、一端部１８ａに内ねじが形成され、外ねじが形成される加圧ツール２７が螺着する。加圧ツール２７は、変位軸１８に螺着されることによって、第２チャック体１９に装着される。また変位軸１８は、他端部１８ｂが開放する有底筒状に形成される。変位軸１８は、その内周部に内ねじが形成される。また第２チャック回転軸７１は、軸線方向一端部に歯車が設けられる回転軸歯車部７３と、外周部に外ねじが形成されるねじ部７４とを備え、回転軸歯車部７３が変位軸１８から突出した状態で、変位軸１８の内周部にねじ部７４が螺着する。また加圧モータ出力軸３５には、加圧モータ歯車７５が同軸に固定される。回転軸歯車部７３は、ベルト７６によって加圧モータ歯車７５からの回転が伝達される。
【００４７】
加圧モータ出力軸３５が回転すると、回転力が、加圧モータ歯車７５、ベルト７６および回転軸歯車部７３に伝達され、第２チャック回転軸７１が回転する。第２チャック回転軸７１が回転すると、第２チャック回転軸７１に螺合する変位軸７１もまた回転しようとするが支持部材７２によってまわり止めされているので、第２チャック回転軸７１の回転運動が、直線運動に変換されて変位軸１８が第２チャック回転軸７１の軸線に沿って直線変位する。これによって変位軸１８が直進方向に移動する。
【００４８】
また摩擦撹拌接合装置２０は、旋回ツール２４の被接合部材における位置関係および加圧ツール２７が被接合物に与える加圧力などを検出する検出手段を有してもよい。また回転モータ２８および加圧モータ２９を制御する制御手段を有してもよく、制御手段からの指令によって回転モータ２８および加圧モータ２９が各ツール２４，２７を駆動してもよい。また制御手段は、ロボットアーム４０を制御するロボットアーム制御手段と併用してもよい。
【００４９】
摩擦撹拌接合装置２０は、ロボットアーム４０によって駆動され、旋回ツール２４と加圧ツール２７との間に、被接合物が位置するように移動する。ロボットアーム４０の移動が完了すると、加圧モータ出力軸３５が回転する。加圧モータ出力軸３５が回転することによって、回転力が直進力に変換されて変位軸１８に与えられて、変位軸１８とともに加圧ツール２７が旋回ツール２４に向けて移動する。
【００５０】
加圧ツール２７が、変位移動することによって被接合物と当接する。加圧ツール２７は、さらに直進力が与えられて被接合物を押圧し、加圧ツール２７と旋回ツール２４とで被接合物を挟持する。たとえば加圧ツール２７は、６００ｋｇｆ（約６０００Ｎ）で被接合物を押圧する。
【００５１】
挟持後、さらに加圧ツール２７が被接合物を押付けることによって、被接合物は、旋回ツール２４に押付けられる。この状態で旋回ツール２７が回転モータ２８によって回転することによって、被接合物と旋回ツール２７とに摩擦熱が発生する。摩擦熱によって被接合物は流動化し、被接合物が押付けられる旋回ツール２７の先端部が被接合物を穿孔する。旋回ツール２４は、当接する被接合物の流動性を増加させ、流動化した被接合物を撹拌しながら穿孔していく。被接合物を構成する２つの接合部材の境界部分まで旋回ツール２４が穿孔すると、２つの接合部材のそれぞれの境界部分が撹拌され、撹拌された部分が混ざり合う。
【００５２】
それぞれの境界部分を撹拌すると、加圧モータ出力軸３５が逆回転することによって、加圧ツール２７が旋回ツール２４から離反する方向に駆動される。またロボットアーム４０が加圧ツール２７の移動に応じて変位することによって、被接合物から加圧ツール２７および旋回ツール２４が離反する。旋回ツール２４が被接合物から離反すると、被接合物に与えられる摩擦熱がなくなり、被接合物が冷えて、撹拌された部分の流動性がなくなる。被接合物の撹拌された部分では、２つの接合部材が混ざり合っているので境界部分がなく、被接合物が接合される。
【００５３】
以上のように本発明の摩擦撹拌接合装置２０に従えば、旋回ツール２４と加圧ツール２７とを独立して駆動することによって、図１２に示す従来の技術の摩擦撹拌接合装置１のように一つの回転子２を回転駆動するとともに変位駆動する場合に比べて、駆動する各ツール２４，２７の駆動機構を単純化することができる。各ツール２４，２７の駆動機構を単純化することによって、摩擦撹拌接合装置の形状を小形化および軽量化することができる。
【００５４】
とくに回転モータ２８および加圧モータ２９の回転力を伝達する伝達機構を単純化したうえで、回転モータ２８と加圧モータ２９とをともに第２チャック体１９の近傍に配置する必要がなく、第２チャック体１９近傍の形状を小形化することができる。たとえば図１２に示す従来の摩擦撹拌接合装置１の重さが約１２０ｋｇであるのに対し、本発明の摩擦撹拌接合装置２０の重さを、約１００ｋｇとすることができ、軽量化することができる。
【００５５】
このように軽量化することによってロボットアーム４０による摩擦撹拌接合装置の駆動を容易に行うことができ、移動速度および位置決め精度を向上することができる。これによって単位時間当たりの接合回数を増やすとともに、正確な位置に摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００５６】
また加圧ツール２７は、被接合物を加圧することに特化し、従来の回転子のように回転することがない。これによって加圧ツール２７および変位軸１８は、摩擦撹拌接合にあたって、ねじれおよび振れが生じることがなく、与えられる力が小さい。したがって加圧ツール２７および変位軸１８は、従来に比べて剛性を低くしても、たとえば細くまたは長く形成したとしても、摩擦撹拌接合時に与えられる力に十分に耐えることができる。
【００５７】
また加圧ツール２７および変位軸１８を細くまたは長く形成することによって、摩擦撹拌接合時に被接合物が加圧ツール２７の先端部以外の加圧ツール部分および変位軸１８に接触することを防止することができる。これによって摩擦撹拌接合動作を確実に行うことができる。
【００５８】
たとえば図６に示すように変位軸１８の形状を加圧ツール２７に向かうにつれて先細に形成することで、被接合物１５が加圧ツール２７および変位軸１８に向かって突出する形状である場合であっても、被接合物１５が当接することを防止することができる。
【００５９】
また装着した旋回ツール２４を変位駆動する必要がないので、第１チャック体２５を第１ツール保持部２１に対して固定することができる。具体的には、第１チャック体２５のステータ５２をボルト５１によって第１ツール保持部２１に連結し、ステータ５２に対して第１チャック回転軸１７を回転させる。したがって第１チャック体２５は、旋回ツール２４が被接合物から押付けられても、第１ツール保持部２１に固定されているので、旋回ツール２４を安定して支持することができる。また第１ツール保持部２１に固定された状態で旋回ツール２４を支持するので、第１ツール保持部２１を小形化することができる。
【００６０】
また回転モータ２８は、第１フレーム３２のうち、第１部分３０の一端部３０ａから第１ツール保持部２１とは反対方向に延びる第３部分６８に固定される。すなわち第１チャック体２５から連結部材４２に向かう方向に回転モータ２８が配置される。第１フレーム３２の第１部分３０は、回転モータ２８を保持する必要がなく、第１フレーム３３の第１部分３０を小形化および軽量化することができる。第１部分３０を小形化することによって、被接合物の周囲の空間のうち、狭い領域に第１部分３０を挿入することができる。
【００６１】
また第１チャック歯車５４と回転モータ歯車６７との軸線が平行に配置されるので、ベルト３６を介した単純な伝達機構で回転モータ２８からの回転力を第１チャック体２５に与えることができる。同様に第２チャック体１９の回転軸歯車部７３と加圧モータ２９の加圧モータ歯車７５との軸線が平行に配置されるので、ベルト３６を介した単純な伝達機構で加圧モータ２９からの回転力を第２チャック体１９に与えることができる。
【００６２】
第２ツール保持部２２は、第１ツール保持部２１よりも、ロボットアーム４０が連結される連結部材４２寄りに設けられる。これによって、加圧ツール２７を変位方向に変位自在に装着するために、変位方向に沿って延びるレールまたは軸などが必要であり、第１チャック体２５に比べて大形となる第２チャック体１９を連結部材４２寄りに配置される。連結部材４２は、ロボットアーム２０が被接合物の周囲の物体に接触するおそれを防止するために、被接合物の周囲の空間のうち、十分に広い領域に配置される。したがって連結部材４２の近傍に配置される第２チャック体１９もまた広い領域に配置され、被接合物の周囲の物体に接触するおそれを防止することができる。
【００６３】
さらにロボットアーム４０の先端部４１が延びる方向と、第２チャック体１９および加圧モータ２９が基台２３から延びる方向とが同じ方向に配置されるので、加圧モータ２９および第２チャック体１９が大形化しても、加圧モータ２９が被接合物と接触するおそれをより少なくすることができる。
【００６４】
連結部材４２から離れた第１ツール保持部２１の近傍では、ロボットアーム４０および第２チャック体１９がなく小形に形成されるので被接合物に接触しにくい。これによって被接合物の周囲の空間のうち、部分的に狭い領域がある場合であっても、被接合物を挟んで両側にそれぞれ第１ツール保持部２１および第２ツール保持部２２を配置することができ、摩擦撹拌接合を確実に行うことができる。
【００６５】
また旋回ツール２４および加圧ツール２７は、着脱可能に各チャック体２５，１９に装着される。摩擦撹拌接合を繰り返すことによって各ツール２４，２７が磨耗しても、新しいツールに取り替えることができ、摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。
【００６６】
図８は、本発明の他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置１２０の一部を切断して示す正面図であり、図９は、摩擦撹拌接合装置１２０の左側面図であり、図１０は、摩擦撹拌接合装置１２０の右側面図であり、図１１は、摩擦撹拌接合装置１２０の底面図である。
【００６７】
摩擦撹拌接合装置１２０は、図１に示す摩擦撹拌接合装置２０に対して、回転モータの固定位置が異なるだけで他の構成については、同様の構成である。上述する摩擦撹拌接合装置１２０と同一の構成については、説明を省略し、同一の参照符号を付する。
【００６８】
摩擦撹拌接合装置１２０は、回転モータ１２８が連結部材４２の近傍に配置される。摩擦撹拌接合装置１２０は、第１フレーム３２の第１部分３０の一端部３０ａから第１ツール保持部２１とは反対方向に延びる第３部分６８と、第２部分６８にボルト１６９によって着脱可能に固定される板状のモータ取付部材１４９と、モータ取付部材１４９から連結部材４２に向けて、突出するモータ取付台１１０とを備える。
【００６９】
モータ取付台１１０は、モータ取付部材１４９から連結部材４２に向かって突出し、板状に形成される複数の脚部１１１，１１２，１１３と、各脚部１１１，１１２，１１３を連結し、板状に形成される台部１１４とを含む。各脚部１１１，１１２，１１３は回転軸線２６と平行に延び、台部１１４は、回転軸線２６に垂直なモータ搭載面１１５を有する。
【００７０】
回転モータ１２８は、モータ搭載面１１５に固定され、回転モータ出力軸１３４が、モータ取付部材１４９に向けて台部１１４を挿通する。回転モータ出力軸１３４は、その回転を伝達する伝達軸１０１にカップリング１０２によって連結される。伝達軸１０１は、出力軸１３４と同軸に配置され、複数の伝達軸軸受１０３に支持される。各伝達軸軸受１０３は、脚部１１３に固定され、伝達軸１０１を回転可能に支持する。伝達軸１０１は、その一端部１０１ａに前記カップリング１０２が設けられるとともに他端部１０１ｂに回転モータ歯車１６７が設けられる。回転モータ１６７は、ベルト３６によって第１チャック歯車５４に固定され、回転モータ２８の出力軸１３４からの回転力を第１チャック歯車５４に伝達する。
【００７１】
以上のように本発明に従えば、図１に示す摩擦撹拌接合装置２０と同様の効果を得ることができる。また回転モータ１２８を連結部材４２寄りに配置することによって、摩擦撹拌接合装置１２０の重心位置を連結部材４２の位置に近づけることができ、摩擦撹拌接合装置１２０の駆動を安定させることができる。
【００７２】
このように従来の技術のように一つのツールで加圧駆動および旋回駆動の両方を行う必要がないので、変位駆動手段と回転駆動手段との配置位置の設計における自由度を増やすことができ、形状および重心を容易に変更することができる。
【００７３】
また上述する記載は、本発明の例示に過ぎず発明の範囲内において構成を変更してもよい。たとえば、基部２３の形状は、略Ｕ字状でなくてもよい。たとえば旋回ツール２４を装着した第１チャック体２５を支持する基台と、加圧ツール２７を装着した第２チャック体１９を支持する基台とが異なってもよい。また各チャック体２５，１９は、各ツール２４，２７をそれぞれ複数装着可能でもよく、旋回ツール２４と加圧ツール２７とが同一線上に配置されなくてもよい。またロボットアーム４０に基台２３が連結されなくてもよく、他の駆動手段によって摩擦撹拌接合装置２０，１２０を駆動してもよい。
【００７４】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、旋回ツールと加圧ツールとを用いることによって摩擦撹拌接合装置を小形化することができる。摩擦撹拌接合装置を小形化することによって、被接合物の周囲の物体に摩擦撹拌接合装置が接触することなく、旋回ツールと加圧ツールによって被接合物を確実に挟持することができる。すなわち従来、被接合物の周囲の空間が狭くて被接合物を接合できなかった場合であっても、第１ツール保持部と第２ツール保持部とがその周囲の空間に入込むことが可能となる。また小形化することによって軽量化することができるので、摩擦撹拌接合装置の移動が容易になり、移動速度および位置決め精度を向上することができる。
【００７５】
また加圧ツールが回転しないので、加圧ツールおよび第２チャック体を細くおよび長く形成することができる。これによって、摩擦撹拌接合時に被接合物が、加圧ツールおよび旋回ツールの各先端部以外に接触することを防止することができ、摩擦撹拌接合を確実に行うことができる。
【００７６】
また請求項２記載の本発明によれば、第２ツール保持部に設けられる第２チャック体が、被接合物の周囲の物体に接触することを防止して、被接合物の周囲の空間のうち、狭い領域に第１ツール保持部を配置することができる。これによって被接合物の周囲の空間のうち、部分的に狭い領域がある場合であっても、被接合物を挟んで両側にそれぞれ第１ツール保持部および第２ツール保持部を配置することができ、摩擦撹拌接合を確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である摩擦撹拌接合装置２０の一部を切断して示す正面図である。
【図２】摩擦撹拌接合装置２０の左側面図である。
【図３】摩擦撹拌接合装置２０の右側面図である。
【図４】摩擦撹拌接合装置２０の底面図である。
【図５】摩擦撹拌接合装置２０が汎用多関節ロボットに連結された状態を示す図である。
【図６】図１のセクションＳを拡大して示す断面図である。
【図７】第２チャック体１９近傍を示す断面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置１２０の一部を切断して示す正面図である。
【図９】摩擦撹拌接合装置１２０の左側面図である。
【図１０】摩擦撹拌接合装置１２０の右側面図である。
【図１１】摩擦撹拌接合装置１２０の底面図である。
【図１２】従来の摩擦撹拌接合装置１を示す正面図である。
【図１３】摩擦撹拌接合装置１の左側面図である。
【符号の説明】
１９　第２チャック体
２０，１２０　摩擦撹拌接合装置
２１　第１ツール保持部
２２　第２ツール保持部
２３　基台
２４　旋回ツール
２５　第１チャック体
２６　回転軸線
２７　加圧ツール
２８，１２８　回転モータ
２９　加圧モータ
３０　第１フレームの第１部分
３１　第１フレームの第２部分
３２　第１フレーム
３３　第２フレーム
４０　ロボット
４１　ロボット先端部
４２　連結部材[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
For example, the present invention relates to a friction stir welding apparatus that is provided in an articulated robot and is preferably used when performing spot friction stir welding of a workpiece.
[0002]
[Prior art]
FIG. 12 is a front view showing a conventional friction stir welding apparatus 1, and FIG. 13 is a left side view of the friction stir welding apparatus 1. The conventional friction stir welding apparatus 1 includes a chuck body 12 on which a rotor 2 is mounted, a rotation motor 3 for rotating the chuck body 12 around a rotation axis 6, and a displacement unit for displacing the chuck body 12 along the rotation axis 6. It includes a pressure motor 4, a stator 5 arranged to face the chuck body 12, and a base 13 supporting the chuck body 12 and the stator 5.
[0003]
The friction stir welding apparatus 1 moves so that the workpiece 9 is located between the rotor 2 and the stator 5 mounted on the chuck body 12. In this state, the rotor 2 is driven to be displaced by the pressurizing motor 4 and moved toward the stator 5. As the rotor 2 moves, the article 9 is sandwiched between the rotor 2 and the stator 5.
[0004]
The rotor 2 is driven to rotate by the rotation motor 3 while pressing the article 9 to be welded. When the rotor 2 comes into rotational contact with the article 9, frictional heat is generated between the rotor 2 and the article 9. The friction stir welding apparatus 1 fluidizes the article 9 by frictional heat, stirs the fluidized article 9, and joins the two joining members 7, 8 constituting the article 9 (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1]
JP 2001-314982 A
[Patent Document 2]
JP 2002-137067 A
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In the conventional friction stir welding apparatus 1, in order to generate frictional heat, one rotor 2 is further pressed against the workpiece 9 while being rotated. Therefore, both a rotation drive mechanism for rotating the rotor 2 and a displacement drive mechanism for pressing the rotor 2 against the article 9 are required. The mechanism for pressing the workpiece 9 while rotating the rotor 2 is complicated, and there is a problem that the shape becomes large.
[0007]
In particular, a rotation motor 3 for rotating the rotor 2 and a pressurizing motor 4 for pressing the rotor 2 against the workpiece may be arranged near the rotor for simplification of the power transmission mechanism. The shape near the rotor may be enlarged by the two motors 3 and 4.
[0008]
Further, the chuck body 12 on which the rotor 2 is mounted has a bearing for supporting the rotor 2 rotatably. The chuck body 12 has a larger shape than the rotor 2 to support the rotor 2 and moves together with the rotor 2 toward the stator 5. Therefore, depending on the shape of the article 9, the chuck body 12 may come into contact with the article 9, and there is a problem in that the sandwiching of the article 9 between the rotor 2 and the stator 5 is hindered.
[0009]
When the length of the rotor 2 is increased in order to prevent the chuck body 12 from coming into contact with the article 9, the rotor 2 undergoes run-out and twist due to the pressing force applied at the time of the rotational contact. . If run-out and twist occur in the rotor 2, friction stir welding may not be performed at an accurate position, and the rotor 2 may be damaged.
[0010]
Accordingly, an object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus that has a reduced size and does not hinder the friction stir welding operation.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a friction stir welding apparatus for joining a workpiece consisting of at least two or more members,
A base having first and second tool holding portions facing each other;
A first chuck body provided on the first tool holding unit and mounted so that a turning tool rotatably provided facing the second tool holding unit;
Rotation driving means for driving the first chuck body to rotate about a rotation axis;
A second chuck body to which a pressurizing tool provided on the second tool holding unit and displaceably provided in a displacement direction approaching and separating from the first tool holding unit is mounted;
A friction stir welding apparatus including a displacement driving unit that drives the second chuck body in a displacement direction.
[0012]
According to the present invention, the base moves relatively to the workpiece, and moves so that the workpiece is located between the first tool holding portion and the second tool holding portion. In this state, the pressing tool mounted on the second chuck body is displaced and driven toward the first tool holding unit, and the turning tool mounted on the first chuck body is driven to rotate about the rotation axis.
[0013]
By driving the pressing tool toward the first tool holding portion, the distance between the pressing tool and the turning tool is reduced, and the workpiece is connected to the tip of the pressing tool and the tip of the turning tool. Pinched by The object to be welded is pressed against the turning tool by applying a force to the pressure tool even after the pressure tool comes into contact with the object by the displacement driving means.
[0014]
The rotating tool rotates the turning tool against which the workpiece is pressed. This generates frictional heat between the turning tool and the workpiece. The portion of the workpiece to which the swivel tool is pressed increases fluidity due to frictional heat, and the swivel tool pierces the fluidized portion of the workpiece. The turning tool for piercing the article reaches the respective boundary portions of two or more joining members constituting the article, and fluidizes and agitates the respective boundary portions. Thereby, the respective boundary portions of the two or more joining members mix with each other, and the joining members are joined.
[0015]
Further, in the present invention, since the turning tool and the pressurizing tool are driven independently, the driving mechanism of the tool is simplified as compared with the conventional technique in which the pressurizing is performed while the rotor is rotated. be able to. By simplifying the driving mechanism of the tool, the size of the friction stir welding apparatus can be reduced. Further, it is not necessary to arrange both the rotation driving means and the displacement driving means near either the first tool holding portion for mounting the turning tool or the second tool holding portion for mounting the pressing tool. The shape can be reduced in size. In addition, the degree of freedom in designing the positions of the displacement driving means and the rotation driving means can be increased.
[0016]
Since the mounted pressure tool is pressed against the workpiece without rotating, there is no run-out and twist during friction stir welding. Therefore, even if the pressing tool and the second chuck body are formed to be thin or long, they can sufficiently withstand the force applied during friction stir welding. By forming the pressing tool and the second chuck body to be thin or long, it is possible to prevent the object to be joined from contacting portions other than the respective tips of the pressing tool and the turning tool during friction stir welding. It can be performed reliably without inhibiting the stir welding.
[0017]
In the present invention, the first and second tool holding portions are provided on an integrated base,
The base is used by being connected to the tip of the robot arm at a position closer to the second tool holder than the first tool holder.
[0018]
According to the present invention, the friction stir welding can be performed by moving the base by driving the robot arm. When the robot arm is connected to the connecting part of the base, the connecting part of the base is used for friction stir welding in order to prevent the robot arm from contacting the objects around the work. It is arranged on the side of a sufficiently wide area in the surrounding space.
[0019]
Further, the second chuck body requires a rail or a screw shaft extending along the direction of displacement in order to displace the pressurizing tool in a freely displaceable manner, and is larger than the first chuck body.
[0020]
The second tool holding part is provided closer to the connection part to which the robot arm is connected than the first tool holding part, and the second chuck body is provided closer to the connection part. Therefore, there is a high possibility that the second chuck body is disposed on a sufficiently wide area side of the space around the workpiece, and the second chuck body which is larger than the first chuck body is attached to the workpiece. Contact can be prevented. Further, since there is no robot arm and the second chuck body in the vicinity of the first tool holding portion, it can be formed in a small size, and can be more reliably prevented from coming into contact with the workpiece.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a front view of a part of a friction stir welding apparatus 20 according to an embodiment of the present invention, which is cut away, FIG. 2 is a left side view of the friction stir welding apparatus 20, and FIG. FIG. 4 is a right side view of the friction stir welding apparatus 20, and FIG. FIG. 5 is a diagram showing a state in which the friction stir welding apparatus 20 is connected to a general-purpose articulated robot. The friction stir welding device 20 is connected to the robot arm tip 41 of the universal articulated robot 40 and moves to a predetermined position.
[0022]
The turning tool 24 and the pressing tool 27 are mounted on the friction stir welding apparatus 20. The revolving tool 24 is, for example, a cylindrical shaft and is rotatably mounted on the friction stir welding device 20. The pressurizing tool 27 is, for example, a cylindrical shaft, and is mounted on the friction stir welding apparatus 20 so as to be displaceable in a direction A approaching and separating from the turning tool 24. 1 and 2, the state in which the pressing tool 27 has moved is indicated by a two-dot chain line.
[0023]
The friction stir welding device 20 drives the pressing tool 27 to be displaced, and cooperates to clamp the workpiece by the turning tool 24 and the pressing tool 27. In this state, the work is pressed against the turning tool 24 by pressing the pressing tool 27 toward the turning tool 24. In addition, when the friction stir welding device 20 rotationally drives the rotating tool 24, the rotating tool 24 comes into rotational contact with the workpiece, and frictional heat is generated between the rotating tool 24 and the workpiece. The friction stir welding apparatus 20 fluidizes the workpiece by frictional heat, stirs the fluidized workpiece, and joins a plurality of welding members constituting the workpiece.
[0024]
The friction stir welding device 20 includes a base 23 supported by the distal end portion 41 of the robot arm 40, a first chuck body 25 provided on the first tool holder 21 of the base 23, and mounted with the turning tool 24. A second chuck body 19 provided on the second tool holding portion 22 of the base 23 to mount the pressing tool 27, a rotary motor 28 for driving the turning tool 24 to rotate around the rotation axis 26, and a pressing tool 27 And a pressurizing motor 29 that performs displacement driving and pressurization.
[0025]
The base 23 includes a first frame 32 and a second frame 33, and is formed in a substantially U shape by the first frame 32 and the second frame 33. The first frame 32 has a first portion 30 extending in one direction, and a second portion 31 that is bent substantially perpendicularly to the first portion 30 and extends. One end 31a of the portion 31 is connected to form a substantially L-shape. The second frame 33 extends substantially parallel to the first portion 30 of the first frame 32, and one end 33 a is connected to the other end 31 b of the second portion 31 of the first frame 32 by a bolt 39.
[0026]
In this specification, “substantially parallel” includes a state of being parallel and a state of being substantially parallel. The term “substantially orthogonal” includes a state of being orthogonal and a state of being substantially orthogonal. The term “substantially right angle” includes a right angle state and a substantially right angle state.
[0027]
The other end 30b of the first portion of the first frame 32 serves as the first tool holder 21, and the first chuck body 25 is provided. Further, the other end 33b of the second frame 33 becomes the second tool holding part 22, and the second chuck body 19 is provided. The first tool holding part 21 and the second tool holding part 22 are arranged to face each other. Therefore, in the present embodiment, both end portions of the base 23 extending in a substantially U-shape become the first and second tool holding portions 21 and 22, respectively.
[0028]
The first chuck body 25 mounts the turning tool 24 and gives the turning force from the rotary motor 28 to the turning tool 24. The turning tool 24 is rotated about a rotation axis 26 by a rotation force given from a rotation motor 28 via a first chuck 25. The second chuck body 19 mounts the pressurizing tool 27 and converts the rotational force from the pressurizing motor 29 into a straight running force by a screw mechanism or the like, and applies the straight running force to the pressurizing tool 27. The pressurizing tool 27 is displaced in a displacement direction A that approaches and separates from the turning tool 24 by the rectilinear force applied from the second chuck body 19. Further, the second chuck body 19 includes a pressing motor holding member 38 that holds the pressing motor 29. The specific description of the first chuck body 25 and the second chuck body 19 will be described later.
[0029]
The pressing tool 27 and the turning tool 24 mounted on each of the chuck bodies 19 and 25 have their axes coaxial with each other. In other words, the pressing tool 27 is arranged coaxially with the rotation axis 26. The direction in which the second portion 31 of the first frame 32 extends is formed substantially parallel to the rotation axis 26, and the direction in which the first portion 30 and the second frame 33 of the first frame 32 extend extends in the rotation axis 26. It is formed substantially perpendicular to the direction.
[0030]
The rotary motor 28 is fixed at a position opposite to the first portion 30 with the second portion 31 of the first frame 32 interposed therebetween. The rotation motor output shaft 34 is arranged parallel to the rotation axis 26 of the turning tool 24. The rotation force of the rotation motor output shaft 34 is provided to the first chuck rotation shaft 17 via a power transmission mechanism such as a belt 36 or a gear. For example, the rotation motor 28 is realized by a servomotor.
[0031]
The pressure motor 29 is fixed to the pressure motor holding member 38 of the second chuck body 19, and is fixed at a position opposite to the first tool holding portion 21 with the second frame 33 interposed therebetween. The pressurizing motor output shaft 35 is arranged parallel to the displacement direction A in which the pressurizing tool 27 is displaced. The rotational force of the pressure motor output shaft 35 is provided to the second chuck rotating shaft 71 via a power transmission mechanism such as a belt or a gear.
[0032]
Further, the friction stir welding apparatus 20 further includes a connecting member 42 for connecting the base 23 and the distal end portion 41 of the robot arm 40. That is, the base 23 is supported by the robot arm 40 via the connecting member 42. The connecting member 42 is detachably fixed to the first frame 32 by bolts 46, and is disposed at a position opposite to the second frame 33 with the second portion 31 of the first frame 32 interposed therebetween. That is, the base 23 is connected to the robot arm 40 at a position closer to the second tool holder 22 than the first tool holder 21.
[0033]
The connecting member 42 has two plate portions 43 and 44 orthogonal to each other. The first plate portion 43 of the connecting member 42 is fixed to the first frame 32 by bolts 46, and the second plate portion 44 is fixed to the distal end surface 47 of the robot arm 40 by bolts 45. The robot arm tip end surface 47 is perpendicular to the axis 48 of the robot arm tip 41. The robot arm tip end face 47 is arranged perpendicular to the direction in which the second portion 31 of the first frame 32 extends, and the axis 48 of the robot arm tip 41 and the rotation axis 26 are arranged in parallel.
[0034]
The direction in which the first portion 30 of the first frame 32 extends is the width direction X, the direction in which the second portion 31 of the first frame extends is the longitudinal direction Y, and the direction orthogonal to both the width direction X and the longitudinal direction Y is the thickness direction. When the friction stir welding apparatus 20 is projected on an imaginary plane perpendicular to the width direction X as shown in FIGS. 2 and 3, the turning tool 24, the pressing tool 27, the first chuck body 25, and the second chuck The axes of the body 19, the pressing motor 29, the rotating motor 28, and the robot arm tip 41 are arranged along one virtual plane passing through the rotating axis 26.
[0035]
The connecting member 42 has a first rib 50a connected to the first plate 43 and the second plate 44, and a second rib 50b connected to both the first rib 50a and the second plate 44. The plurality of ribs can prevent the connecting member 42 from being damaged, and the base 23 and the robot arm tip 41 can be securely fixed.
[0036]
FIG. 6 is an enlarged sectional view showing section S in FIG. In FIG. 6, two objects 15 and 14 are indicated by two-dot chain lines, respectively. The first chuck body 25 is configured to include a stator 52 fixed to the first frame 32 and a first chuck rotation shaft 17 that rotates by mounting the turning tool 24.
[0037]
The stator 52 is formed in a cylindrical shape, and has an insertion hole for accommodating the first chuck rotating shaft 17. The stator 52 has a flange portion 55 formed thereon, and the flange portion 55 and the first frame 32 are detachably fixed by the bolt 51.
[0038]
The first chuck rotating shaft 17 has the turning tool 24 mounted on one end 17a, and the first chuck gear 54 provided on the other end 17b. The first chuck rotation shaft 17 is inserted through the insertion hole via bearings 56, 57, 58, and is provided rotatably with respect to the stator 52. The first chuck rotating shaft 17 is formed in a multi-stage cylindrical shape in which the outer diameter changes stepwise as it goes to one side in the axial direction, and from the one end 17a to the other end 17b, the first shaft portion 59, the first A biaxial portion 60, a third axial portion 61, and a fourth axial portion 62 are formed. Of the first chuck rotating shaft 17, the second shaft portion 60 and the third portion 61 are inserted through the insertion holes, the first shaft portion 59 protrudes from one end surface 63 of the stator 52, and the fourth shaft portion 62 is Protrudes from the other end surface 64.
[0039]
The outer diameter of the first shaft portion 59 is formed larger than the inner diameter of the insertion hole, and a thrust ball bearing 56 is disposed between the other end surface 65 of the first shaft portion 59 in the axial direction and one end surface 63 of the stator 52. You. Further, the outer diameter of the second shaft portion 60 is formed smaller than the inner circumferential surface of the stator 52, and the needle roller bearing 57 is disposed between the outer circumferential surface of the second shaft portion 60 and the inner circumferential surface of the stator 52. You. Further, the outer diameter of the third shaft portion 61 is formed smaller than the outer diameter of the second shaft portion 60, and the radial ball bearing 58 is disposed between the outer circumferential surface of the third shaft portion 61 and the inner circumferential surface of the stator 52. Is done. The first chuck gear 54 is coaxially fixed to the fourth shaft portion 62. Thereby, the first chuck rotation shaft 17 and the first chuck gear 54 rotate integrally.
[0040]
By providing the thrust ball bearing 56, the first chuck rotating shaft 17 can be rotated even when the workpiece presses the turning tool 24. Further, by providing the needle roller bearing 57, the first chuck rotating shaft 17 can rotate even with a large radial load.
[0041]
On one side in the axial direction of the first shaft portion 59, a mounting hole whose inner peripheral diameter is reduced toward the other side in the axial direction is formed. The mounting member 66 is mounted in the mounting hole. The mounting member 66 is formed such that the outer peripheral diameter is reduced toward one side in the axial direction. The outer peripheral surface of the mounting member 66 and the inner peripheral surface in which the mounting hole is formed are in contact with each other. By fitting the turning tool 24 to the inner periphery of the mounting member 66, the axis of the first chuck rotating shaft 17 and the mounted turning tool 24 are coaxially arranged.
[0042]
Further, as shown in FIG. 1, the rotary motor 28 has a rotary motor gear 67 fixed coaxially to the rotary motor output shaft 34. The rotation motor gear 67 and the first chuck gear 54 are connected by the belt 36. Thus, the rotation force of the rotation motor output shaft 34 is given to the first chuck rotation shaft 17 via the rotation motor gear 67, the belt 36, and the first chuck gear 54. When the first chuck rotating shaft 17 rotates, the turning tool 24 mounted on the first chuck rotating shaft 17 rotates together with the first chuck rotating shaft 17.
[0043]
The rotary motor 28 is fixed to a plate-like motor mounting member 49. The motor mounting member 49 is fixed by a bolt 69 to a third portion 68 extending from one end 30 a of the first portion 30 of the first frame 32 in a direction opposite to the first tool holding portion 21. The bolt 69 is inserted into the elongated hole 16 formed in the motor mounting member 49 and screwed to the third portion 68, so that the motor mounting member 49 is detachably fixed to the third portion 68. The long hole 16 is formed so as to extend parallel to a direction 70 connecting the first chuck rotation shaft 17 and the rotation motor output shaft 34. As a result, when the belt 36 is loosened, the position of the rotary motor 28 is moved away from the first chuck body 25, and the tension of the belt 36 can be kept constant.
[0044]
FIG. 7 is a sectional view showing the second chuck body 19. The second chuck body 19 has a pressure tool 27 detachably mounted thereon, a displacement shaft 18 that is displaced together with the mounted pressure tool 27, and a second chuck rotation that rotates by receiving a rotation force from a pressure motor 29. It has a shaft 71, a support member 72 that supports the displacement shaft 18 so that it can be displaced in a stopped state, and a pressing motor holding member 38 that holds the pressing motor 29.
[0045]
The displacement shaft 18 and the second chuck rotation shaft 71 are arranged coaxially with the rotation axis 26, and the support member 72 also extends along the rotation axis 26. One end 72 a of the support member 72 is connected to the second frame 33, and the other end 72 b of the support member 72 is connected to the pressure motor holding member 38. The pressure motor 29 fixed to the pressure motor holding member 38 is disposed adjacent to the support member 72.
[0046]
The displacement shaft 18 has an internal thread formed at one end 18a, and a pressure tool 27 having an external thread formed thereon is screwed. The pressing tool 27 is mounted on the second chuck body 19 by being screwed to the displacement shaft 18. Further, the displacement shaft 18 is formed in a bottomed cylindrical shape whose other end portion 18b is open. The displacement shaft 18 has an inner thread formed on the inner periphery thereof. The second chuck rotating shaft 71 includes a rotating shaft gear portion 73 provided with a gear at one end in the axial direction, and a screw portion 74 formed with an external thread on the outer peripheral portion. The screw portion 74 is screwed to the inner peripheral portion of the displacement shaft 18 in a state of protruding from the shaft. A pressure motor gear 75 is coaxially fixed to the pressure motor output shaft 35. The rotation from the pressure motor gear 75 is transmitted to the rotating shaft gear unit 73 by the belt 76.
[0047]
When the pressurizing motor output shaft 35 rotates, the rotational force is transmitted to the pressurizing motor gear 75, the belt 76, and the rotating shaft gear unit 73, and the second chuck rotating shaft 71 rotates. When the second chuck rotation shaft 71 rotates, the displacement shaft 71 screwed to the second chuck rotation shaft 71 also tries to rotate, but is stopped by the support member 72, so that the rotation movement of the second chuck rotation shaft 71 is performed. Is converted into linear motion, and the displacement shaft 18 is linearly displaced along the axis of the second chuck rotating shaft 71. As a result, the displacement shaft 18 moves in the straight traveling direction.
[0048]
Further, the friction stir welding device 20 may include a detecting unit that detects a positional relationship of the revolving tool 24 in the member to be welded, a pressing force applied by the pressing tool 27 to the object to be welded, and the like. Further, a control unit for controlling the rotary motor 28 and the pressurizing motor 29 may be provided, and the rotary motor 28 and the pressurized motor 29 may drive the respective tools 24 and 27 according to a command from the control unit. The control means may be used together with a robot arm control means for controlling the robot arm 40.
[0049]
The friction stir welding device 20 is driven by the robot arm 40 and moves between the turning tool 24 and the pressing tool 27 so that the workpiece is located. When the movement of the robot arm 40 is completed, the pressure motor output shaft 35 rotates. When the pressure motor output shaft 35 rotates, the rotational force is converted to a linear force and applied to the displacement shaft 18, and the pressure tool 27 moves toward the turning tool 24 together with the displacement shaft 18.
[0050]
The pressurizing tool 27 comes into contact with the workpiece by being displaced and moved. The pressing tool 27 is further applied with a rectilinear force to press the workpiece, and the workpiece is sandwiched between the pressing tool 27 and the turning tool 24. For example, the pressing tool 27 presses the workpiece with 600 kgf (about 6000 N).
[0051]
After the holding, the pressing tool 27 further presses the workpiece, whereby the workpiece is pressed against the turning tool 24. In this state, when the turning tool 27 is rotated by the rotary motor 28, frictional heat is generated between the workpiece and the turning tool 27. The workpiece is fluidized by the frictional heat, and the tip of the turning tool 27 against which the workpiece is pressed pierces the workpiece. The revolving tool 24 increases the fluidity of the article to be contacted, and pierces the fluidized article while stirring. When the turning tool 24 pierces to the boundary between the two joining members constituting the article to be joined, the respective boundary portions of the two joining members are stirred, and the stirred portions are mixed.
[0052]
When each boundary portion is agitated, the pressurizing tool 27 is driven in a direction away from the turning tool 24 by the reverse rotation of the pressurizing motor output shaft 35. Further, when the robot arm 40 is displaced in accordance with the movement of the pressing tool 27, the pressing tool 27 and the turning tool 24 are separated from the workpiece. When the turning tool 24 separates from the workpiece, frictional heat applied to the workpiece disappears, the workpiece cools, and the fluidity of the agitated portion is lost. In the agitated portion of the article, the two joining members are mixed, so that there is no boundary portion, and the article is joined.
[0053]
As described above, according to the friction stir welding apparatus 20 of the present invention, by independently driving the turning tool 24 and the pressing tool 27, the friction stir welding apparatus 1 of the related art shown in FIG. The driving mechanism of each of the tools 24 and 27 to be driven can be simplified as compared with the case where one rotor 2 is rotationally driven and displacement driven. By simplifying the drive mechanism of each of the tools 24 and 27, the shape of the friction stir welding apparatus can be reduced in size and weight.
[0054]
In particular, after simplifying the transmission mechanism for transmitting the rotational force of the rotation motor 28 and the pressure motor 29, it is not necessary to arrange both the rotation motor 28 and the pressure motor 29 near the second chuck body 19, The shape in the vicinity of the two chuck bodies 19 can be reduced in size. For example, while the weight of the conventional friction stir welding apparatus 1 shown in FIG. 12 is about 120 kg, the weight of the friction stir welding apparatus 20 of the present invention can be reduced to about 100 kg, and the weight can be reduced. it can.
[0055]
By reducing the weight in this manner, the friction stir welding apparatus can be easily driven by the robot arm 40, and the moving speed and the positioning accuracy can be improved. Thus, the number of times of welding per unit time can be increased, and friction stir welding can be performed at an accurate position.
[0056]
Further, the pressing tool 27 specializes in pressing the workpiece, and does not rotate as in the conventional rotor. Thus, the pressurizing tool 27 and the displacement shaft 18 are not subjected to torsion and runout during the friction stir welding, and the applied force is small. Therefore, the pressing tool 27 and the displacement shaft 18 can sufficiently withstand the force given at the time of friction stir welding even if they have lower rigidity than before, for example, even if they are formed thin or long.
[0057]
Further, by forming the pressing tool 27 and the displacement shaft 18 to be thin or long, it is possible to prevent the workpiece from contacting the pressing tool portion other than the tip end portion of the pressing tool 27 and the displacement shaft 18 during friction stir welding. be able to. Thereby, the friction stir welding operation can be reliably performed.
[0058]
For example, as shown in FIG. 6, the shape of the displacement shaft 18 is tapered toward the pressing tool 27 so that the workpiece 15 has a shape protruding toward the pressing tool 27 and the displacement shaft 18. Even if there is, it is possible to prevent the article 15 from contacting.
[0059]
Further, since it is not necessary to drive the mounted turning tool 24 for displacement, the first chuck body 25 can be fixed to the first tool holder 21. Specifically, the stator 52 of the first chuck body 25 is connected to the first tool holding unit 21 by bolts 51, and the first chuck rotating shaft 17 is rotated with respect to the stator 52. Therefore, even if the turning tool 24 is pressed from the workpiece, the first chuck body 25 can stably support the turning tool 24 because it is fixed to the first tool holding portion 21. Further, since the turning tool 24 is supported while being fixed to the first tool holding portion 21, the first tool holding portion 21 can be downsized.
[0060]
The rotary motor 28 is fixed to a third portion 68 of the first frame 32 that extends from one end 30 a of the first portion 30 in a direction opposite to the first tool holding portion 21. That is, the rotation motor 28 is arranged in a direction from the first chuck body 25 to the connecting member 42. The first portion 30 of the first frame 32 does not need to hold the rotary motor 28, and the first portion 30 of the first frame 33 can be reduced in size and weight. By reducing the size of the first portion 30, the first portion 30 can be inserted into a narrow area in the space around the article.
[0061]
Further, since the axes of the first chuck gear 54 and the rotation motor gear 67 are arranged in parallel, the rotation force from the rotation motor 28 can be given to the first chuck body 25 by a simple transmission mechanism via the belt 36. . Similarly, since the axis of the rotating shaft gear portion 73 of the second chuck body 19 and the axis of the pressing motor gear 75 of the pressing motor 29 are arranged in parallel, a simple transmission mechanism via the belt 36 allows the pressing motor 29 to rotate. Can be applied to the second chuck body 19.
[0062]
The second tool holding part 22 is provided closer to the connecting member 42 to which the robot arm 40 is connected than the first tool holding part 21 is. Accordingly, in order to mount the pressing tool 27 so as to be displaceable in the displacement direction, a rail or a shaft extending along the displacement direction is required, and the second chuck body which is larger than the first chuck body 25 is required. 19 is arranged near the connecting member 42. The connecting member 42 is arranged in a sufficiently wide area in the space around the article to be joined in order to prevent the robot arm 20 from coming into contact with an object around the article to be joined. Therefore, the second chuck body 19 arranged near the connecting member 42 is also arranged in a wide area, and it is possible to prevent the possibility that the second chuck body 19 comes into contact with an object around the workpiece.
[0063]
Further, since the direction in which the distal end portion 41 of the robot arm 40 extends and the direction in which the second chuck body 19 and the pressing motor 29 extend from the base 23 are arranged in the same direction, the pressing motor 29 and the second chuck body 19 are arranged in the same direction. However, even if the size is increased, the possibility that the pressurizing motor 29 comes into contact with the workpiece can be further reduced.
[0064]
In the vicinity of the first tool holding portion 21 away from the connecting member 42, the robot arm 40 and the second chuck body 19 are formed in a small size without the robot arm 40, so that they are hard to contact with the workpiece. Thereby, even if there is a partially narrow area in the space around the workpiece, the first tool holding portion 21 and the second tool holding portion 22 are arranged on both sides of the workpiece. Therefore, friction stir welding can be performed reliably.
[0065]
The turning tool 24 and the pressing tool 27 are detachably mounted on the chuck bodies 25 and 19. Even if each tool 24, 27 is worn by repeating friction stir welding, it can be replaced with a new tool, and friction stir welding can be performed satisfactorily.
[0066]
FIG. 8 is a front view showing a part of a friction stir welding apparatus 120 according to another embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a left side view of the friction stir welding apparatus 120. Is a right side view of the friction stir welding apparatus 120, and FIG. 11 is a bottom view of the friction stir welding apparatus 120.
[0067]
The friction stir welding apparatus 120 is the same as the friction stir welding apparatus 20 shown in FIG. The description of the same configuration as the friction stir welding apparatus 120 described above is omitted, and the same reference numeral is given.
[0068]
In the friction stir welding apparatus 120, the rotary motor 128 is arranged near the connecting member 42. The friction stir welding device 120 is detachably attached to the third portion 68 extending from one end 30 a of the first portion 30 of the first frame 32 in the opposite direction to the first tool holding portion 21 and the second portion 68 by a bolt 169. A motor mounting member 149 having a plate shape to be fixed, and a motor mounting base 110 protruding from the motor mounting member 149 toward the connecting member 42 are provided.
[0069]
The motor mounting base 110 projects from the motor mounting member 149 toward the connecting member 42, connects the plurality of leg portions 111, 112, 113 formed in a plate shape to the leg portions 111, 112, 113, and forms a plate shape. And a pedestal portion 114 formed at the bottom. Each leg 111, 112, 113 extends parallel to the rotation axis 26, and the base 114 has a motor mounting surface 115 perpendicular to the rotation axis 26.
[0070]
The rotary motor 128 is fixed to the motor mounting surface 115, and the rotary motor output shaft 134 passes through the base 114 toward the motor mounting member 149. The rotation motor output shaft 134 is connected to the transmission shaft 101 that transmits the rotation by the coupling 102. The transmission shaft 101 is arranged coaxially with the output shaft 134 and is supported by a plurality of transmission shaft bearings 103. Each transmission shaft bearing 103 is fixed to the leg 113, and rotatably supports the transmission shaft 101. The transmission shaft 101 has the coupling 102 at one end 101a and the rotary motor gear 167 at the other end 101b. The rotation motor 167 is fixed to the first chuck gear 54 by the belt 36, and transmits the rotation force from the output shaft 134 of the rotation motor 28 to the first chuck gear 54.
[0071]
As described above, according to the present invention, the same effect as the friction stir welding apparatus 20 shown in FIG. 1 can be obtained. Further, by disposing the rotary motor 128 near the connecting member 42, the position of the center of gravity of the friction stir welding device 120 can be made closer to the position of the connecting member 42, and the drive of the friction stir welding device 120 can be stabilized.
[0072]
As described above, since it is not necessary to perform both the pressurizing drive and the turning drive with one tool as in the related art, it is possible to increase the degree of freedom in designing the arrangement position of the displacement drive unit and the rotation drive unit, The shape and the center of gravity can be easily changed.
[0073]
The above description is merely illustrative of the present invention, and the configuration may be changed within the scope of the invention. For example, the shape of the base 23 need not be substantially U-shaped. For example, the base supporting the first chuck body 25 on which the turning tool 24 is mounted may be different from the base supporting the second chuck body 19 on which the pressing tool 27 is mounted. Further, each of the chuck bodies 25 and 19 may be capable of mounting a plurality of tools 24 and 27, respectively, and the turning tool 24 and the pressing tool 27 may not be arranged on the same line. Further, the base 23 need not be connected to the robot arm 40, and the friction stir welding devices 20, 120 may be driven by other driving means.
[0074]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the size of the friction stir welding apparatus can be reduced by using the turning tool and the pressing tool. By reducing the size of the friction stir welding apparatus, the workpiece can be reliably sandwiched between the turning tool and the pressing tool without the friction stir welding apparatus coming into contact with an object around the workpiece. That is, conventionally, even when the space around the workpiece cannot be joined because the space around the workpiece is narrow, the first tool holding portion and the second tool holding portion can enter the surrounding space. It becomes. In addition, since the size can be reduced and the weight can be reduced, the friction stir welding device can be easily moved, and the moving speed and the positioning accuracy can be improved.
[0075]
Further, since the pressing tool does not rotate, the pressing tool and the second chuck body can be formed thin and long. Thus, it is possible to prevent the object to be joined from coming into contact with portions other than the respective tips of the pressing tool and the turning tool during the friction stir welding, and it is possible to reliably perform the friction stir welding.
[0076]
According to the second aspect of the present invention, the second chuck body provided in the second tool holding portion is prevented from contacting an object around the article to be joined, thereby preventing the space around the article from being joined. Among them, the first tool holding portion can be arranged in a narrow area. Thereby, even if there is a partially narrow area in the space around the workpiece, the first tool holding portion and the second tool holding portion can be disposed on both sides of the workpiece. The friction stir welding can be performed reliably.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of a part of a friction stir welding apparatus 20 according to an embodiment of the present invention, which is cut away.
FIG. 2 is a left side view of the friction stir welding apparatus 20.
FIG. 3 is a right side view of the friction stir welding apparatus 20.
FIG. 4 is a bottom view of the friction stir welding apparatus 20.
FIG. 5 is a diagram showing a state in which the friction stir welding apparatus 20 is connected to a general-purpose articulated robot.
FIG. 6 is an enlarged sectional view showing a section S of FIG. 1;
FIG. 7 is a sectional view showing the vicinity of a second chuck body 19;
FIG. 8 is a partially cutaway front view of a friction stir welding apparatus 120 according to another embodiment of the present invention.
9 is a left side view of the friction stir welding apparatus 120. FIG.
10 is a right side view of the friction stir welding apparatus 120. FIG.
11 is a bottom view of the friction stir welding apparatus 120. FIG.
FIG. 12 is a front view showing a conventional friction stir welding apparatus 1.
13 is a left side view of the friction stir welding apparatus 1. FIG.
[Explanation of symbols]
19 Second chuck body
20,120 Friction stir welding device
21 First tool holder
22 Second tool holder
23 base
24 swivel tool
25 1st chuck body
26 Rotation axis
27 Pressure Tool
28,128 rotation motor
29 Pressure motor
30 First part of first frame
31 Second part of first frame
32 1st frame
33 2nd frame
40 robots
41 Robot tip
42 Connecting member

Claims

A friction stir welding apparatus for joining a workpiece comprising at least two or more members,
A base having first and second tool holding portions facing each other;
A first chuck body provided on the first tool holding unit and mounted so that a turning tool rotatably provided facing the second tool holding unit;
Rotation driving means for driving the first chuck body to rotate about a rotation axis;
A second chuck body to which a pressurizing tool provided on the second tool holding unit and displaceably provided in a displacement direction approaching and separating from the first tool holding unit is mounted;
A friction stir welding apparatus comprising: a displacement driving means for driving a second chuck body in a displacement direction.

The first and second tool holding portions are provided on an integrated base,
2. The friction stir welding apparatus according to claim 1, wherein the base is used by being connected to a distal end of the robot arm at a position closer to the second tool holder than the first tool holder.