JP2005028448A - Device for friction stir joining - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、円筒体の端面同士を容易に摩擦撹拌接合するための摩擦撹拌接合用装置に関する。 The present invention relates to a friction stir welding apparatus for easily performing friction stir welding between end surfaces of cylindrical bodies.
自動車用タイヤを装着するホイールは、例えば、円盤状に形成されたディスクと、円筒状に形成されたホイールリムとが溶接等によって接合されて製作されている。このようなホイールは、2ピースホイールと呼称される。 A wheel on which an automobile tire is mounted is manufactured by, for example, joining a disk formed in a disk shape and a wheel rim formed in a cylindrical shape by welding or the like. Such a wheel is called a two-piece wheel.
このうち、ホイールリムの製造方法としては、特許文献1及び特許文献2に記載されているように、まず、長方形状の板材の端面同士を当接させて円筒体とし、次に、この当接した端面同士を抵抗溶接する、いわゆる突き合わせ抵抗溶接が採用されている。また、特許文献3には、上記と同様にして円筒体を形成した後、MIG溶接又はTIG溶接を施して当接した端面同士を接合することが提案されている。
Among these, as described in
ところで、前記特許文献1〜3に記載された溶接方法によって当接部位を接合した場合、溶接部近傍の肉により隆起部が形成されてしまう。この隆起部により外観上の品質が劣るホイールリムとなるため、該隆起部を研削する煩雑な仕上げ作業が必要となる。また、このためにホイールリムを効率よく製作することができないという不具合も顕在化している。 By the way, when a contact part is joined by the welding method described in the said patent documents 1-3, a protruding part will be formed with the meat | flour near a welding part. Since the raised portion becomes a wheel rim having poor quality in appearance, a complicated finishing operation for grinding the raised portion is required. In addition, for this reason, the problem that the wheel rim cannot be manufactured efficiently has become apparent.
そこで、隆起部を形成することなく当接箇所を接合することが可能であり、従って、仕上げ作業が不要な摩擦撹拌接合を採用することも想起される。しかしながら、摩擦撹拌接合を遂行する場合、接合すべき板状体の端部の当接箇所にプローブを押圧するため、一旦当接されている端面同士が離間して、該当接箇所に隙間が生じることがある。このような事態が生じると、接合強度が低くなり接合不良となる箇所が生じてしまう。 Therefore, it is possible to join the contact portions without forming a raised portion, and it is also conceived to employ friction stir welding that does not require finishing work. However, when performing friction stir welding, the probe is pressed against the contact portion of the end of the plate-like body to be joined, so that the contacted end surfaces are separated from each other, and a gap is generated at the contact point. Sometimes. When such a situation occurs, the joint strength is lowered, and a part that causes a joint failure occurs.
一方、特許文献4には、板材同士を摩擦撹拌接合する場合において、回転子の変位方向に沿って両板材の端面を押圧して端面同士が離間することを阻止する方法が提案されている。 On the other hand, Patent Document 4 proposes a method for preventing the end surfaces from being separated by pressing the end surfaces of both plate members along the displacement direction of the rotor when the plate members are subjected to friction stir welding.
しかしながら、前記特許文献4に記載された方法は、板材同士を接合する場合には有効であるものの、ホイールリム等のように、湾曲面を有する円筒体を押圧することは不可能であるため、円筒体を製作する場合には採用することができない。 However, although the method described in Patent Document 4 is effective when joining plate members together, it is impossible to press a cylindrical body having a curved surface, such as a wheel rim. It cannot be adopted when manufacturing a cylindrical body.
また、ホイールリムのように板状体からなるワークを湾曲させて端面同士を当接させて円筒体とする場合、一方の端部が他方の端部に重畳してしまうことがある。このような状態では、摩擦撹拌接合を遂行することはできない。この不都合を解消するためには、端面同士を僅かに離間させ、換言すれば、円筒体を僅かに拡径した後、端面同士を重畳しないように再度当接させればよい。しかしながら、このような作業を行うことは煩雑であり、また、摩擦撹拌接合による生産効率も低下するという不具合を招く。 In addition, when a workpiece made of a plate-like body is curved like a wheel rim and end surfaces are brought into contact with each other to form a cylindrical body, one end portion may be superimposed on the other end portion. In such a state, the friction stir welding cannot be performed. In order to eliminate this inconvenience, the end faces may be slightly separated from each other. In other words, after the diameter of the cylindrical body is slightly increased, the end faces may be brought into contact again so as not to overlap each other. However, performing such an operation is complicated and causes a problem that the production efficiency by friction stir welding decreases.
さらに、端部同士が重畳することが回避された場合であっても、円筒体の断面が真円形状ではなく、寧ろ楕円形状に形成されることがある。この場合、ホイールリム自体が真円ではなくなるので、製品として供することができなくなる。換言すれば、製造歩留まりが低下する。 Furthermore, even if it is a case where it is avoided that edge parts overlap, the cross section of a cylindrical body may be formed in an elliptical shape rather than a perfect circle shape. In this case, since the wheel rim itself is not a perfect circle, it cannot be used as a product. In other words, the manufacturing yield decreases.
さらに、前記ホイールリム用円筒体の断面が水平方向において長尺な楕円形状である場合、図12に示すように、端面1、2同士が中心に指向して拡開する如く位置ずれした状態で当接することになる。この場合、摩擦撹拌接合を施しても、接合部に欠陥である空洞が残留することが懸念される。
Furthermore, when the cross-section of the wheel rim cylinder is an ellipse that is long in the horizontal direction, as shown in FIG. 12, the
結局、円筒体の端面が十分に当接していないと、摩擦撹拌接合によって短時間に歩留まりよく円筒体を製造することが困難となる。 Eventually, if the end surfaces of the cylindrical body are not sufficiently in contact with each other, it is difficult to manufacture the cylindrical body with high yield in a short time by friction stir welding.
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、真円度に優れた円筒体を容易且つ簡便に得ることが可能であり、このために円筒体を効率よく且つ歩留まりよく製作することを可能とする摩擦撹拌接合用装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to easily and easily obtain a cylindrical body having excellent roundness. For this purpose, the cylindrical body is manufactured efficiently and with a high yield. An object of the present invention is to provide an apparatus for friction stir welding that enables the above.
前記の目的を達成するために、本発明は、隅角部に凸部を有する板材の端面同士が当接されることによって形成された円筒体の前記端面同士を摩擦撹拌接合する際に使用される摩擦撹拌接合用装置であって、
基台と、
前記基台に設けられた第1支持手段及び第2支持手段と、
前記第1支持手段及び第2支持手段によって支持される支持体と、
前記支持体上に設置され、前記円筒体の内部に挿入されて該円筒体を支持する支持用中子と、
前記支持用中子上に配設されるとともに、前記円筒体における当接箇所の両端部に、前記凸部同士が当接することに伴って形成されて接合方向に沿って延在する各突出部をそれぞれ把持する第1把持部材及び第2把持部材と、
前記支持体に支持されるとともに、弾発付勢手段の作用下に前記円筒体の内周壁面を鉛直下方に押圧する第1押圧手段と、
前記支持体に支持されるとともに、変位手段の作用下に変位して前記円筒体の内周壁面を水平方向に押圧する第2押圧手段と、
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is used when the end surfaces of a cylindrical body formed by contacting end surfaces of plate members having convex portions at corners are friction stir welded. A friction stir welding apparatus comprising:
The base,
First support means and second support means provided on the base;
A support supported by the first support means and the second support means;
A support core installed on the support and inserted into the cylindrical body to support the cylindrical body;
Projections that are arranged on the support core and that extend along the joining direction as the projections abut at both ends of the abutting portion of the cylindrical body. A first gripping member and a second gripping member that respectively grip
A first pressing means that is supported by the support body and presses the inner peripheral wall surface of the cylindrical body vertically downward under the action of the elastic biasing means;
A second pressing means that is supported by the support and is displaced under the action of a displacement means to press the inner peripheral wall surface of the cylindrical body in a horizontal direction;
It is characterized by having.
すなわち、本発明においては、円筒体の内周壁面を鉛直下方及び水平方向に指向して個別に押圧する。この際、該円筒体が鉛直方向及び水平方向に伸張するので、該円筒体が水平方向及び鉛直方向に長尺となることが回避される。これにより円筒体の真円度が向上するので、該円筒体の製造歩留まりを向上させることができる。 That is, in the present invention, the inner peripheral wall surface of the cylindrical body is directed downward and horizontally and pressed individually. At this time, since the cylindrical body extends in the vertical direction and the horizontal direction, it is avoided that the cylindrical body is elongated in the horizontal direction and the vertical direction. Thereby, the roundness of the cylindrical body is improved, so that the manufacturing yield of the cylindrical body can be improved.
しかも、この場合、端面同士の鉛直方向に沿う位置ずれも解消される。換言すれば、端面同士が鉛直方向においても良好に当接する。従って、接合部に空洞が生じることを回避することができるので、製品品質を向上させることもできる。 In addition, in this case, the positional deviation along the vertical direction between the end faces is also eliminated. In other words, the end faces are in good contact with each other even in the vertical direction. Therefore, it is possible to avoid the formation of a cavity in the joint portion, so that the product quality can be improved.
なお、摩擦撹拌接合用装置は、円筒体を外周壁面から押止する押止手段を有するものであることが好ましい。円筒体の突出部を把持するのみならず外壁面から押圧することによって、円筒体が開くことを確実に阻止することができるようになるからである。 In addition, it is preferable that the apparatus for friction stir welding has a holding means which holds a cylindrical body from an outer peripheral wall surface. This is because the cylindrical body can be reliably prevented from opening by not only gripping the protruding portion of the cylindrical body but also pressing from the outer wall surface.
さらに、前記第2押圧手段に、弾発付勢手段の作用下に前記円筒体の内周壁面を水平方向に押圧する水平押圧手段が配設されていることが好ましい。この水平押圧手段で円筒体が押止されることによって、円筒体が支持用中子上でその円周方向に沿って変位すること、換言すれば、周回動作することを回避することができる。その結果、円筒体における当接箇所を摩擦撹拌接合のプローブの下方に確実に位置させることができるので、当接箇所を確実に摩擦撹拌接合することができる。 Furthermore, it is preferable that a horizontal pressing means for pressing the inner peripheral wall surface of the cylindrical body in the horizontal direction under the action of the bullet urging means is disposed on the second pressing means. When the cylindrical body is stopped by the horizontal pressing means, it is possible to avoid the cylindrical body from being displaced along the circumferential direction on the supporting core, in other words, from rotating. As a result, the contact location on the cylindrical body can be reliably positioned below the friction stir welding probe, so that the contact location can be reliably friction stir welded.
本発明によれば、円筒体(ワーク)の内周壁面を鉛直方向及び水平方向に指向して押圧するようにしている。このため、該円筒体に対して摩擦撹拌接合を施す際、円筒体の断面が水平方向又は鉛直方向に長尺な楕円形状となることを回避することができ、その結果、真円度の高い円筒体を得ることができ、製造歩留まりも向上する。その上、端面同士が鉛直方向においても良好に当接するので、接合部に空洞が生じることを回避することもでき、結局、高品質の製品を得ることができる。 According to the present invention, the inner peripheral wall surface of the cylindrical body (workpiece) is directed and pressed in the vertical direction and the horizontal direction. For this reason, when performing friction stir welding on the cylindrical body, it can be avoided that the cross section of the cylindrical body becomes an elliptical shape elongated in the horizontal direction or the vertical direction, and as a result, the roundness is high. A cylindrical body can be obtained and the manufacturing yield is also improved. In addition, since the end faces are in good contact with each other even in the vertical direction, it is possible to avoid the formation of a cavity in the joint portion, and it is possible to obtain a high-quality product.
しかも、この場合、前記の押圧によって円筒体の当接した端面同士が一旦僅かに離間するので、該円筒体の端部同士が接合の際重畳することが回避される。このため、摩擦撹拌接合を効率よく遂行することができる。 In addition, in this case, the end surfaces with which the cylindrical bodies are in contact with each other are once slightly separated by the above-described pressing, so that the ends of the cylindrical bodies are prevented from being overlapped at the time of joining. For this reason, friction stir welding can be performed efficiently.
以下、本発明に係る摩擦撹拌接合用装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、円筒体としてホイールリムを製作する場合を例として説明する。 Preferred embodiments of the friction stir welding apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a case where a wheel rim is manufactured as a cylindrical body will be described as an example.
図1に示すように、ホイールリムを製作するためのワークW1は、略長方形状の板材であり、アルミニウムからなる。該ワークW1の四方の隅角部には、図1における矢印A方向に指向して突出した第1凸部10a〜第4凸部10dが設けられている。後述するように、この矢印Aに沿う方向は接合方向である。換言すれば、第1凸部10a〜第4凸部10dは、接合方向に沿って突出形成されている。
As shown in FIG. 1, a work W1 for manufacturing a wheel rim is a substantially rectangular plate material and is made of aluminum.
このワークW1を図1の矢印B方向に沿って湾曲させ、最終的に、図2に示すように、該ワークW1の端面同士を当接させることによって、矢印A方向に延在する第1突出部12、第2突出部14を有する円筒体W2を形成する。なお、第1突出部12は、第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が互いに当接することによって形成され、一方、第2突出部14は、第2凸部10bと第4凸部10dの端面同士が互いに当接することによって形成される。
The workpiece W1 is bent along the arrow B direction in FIG. 1, and finally, as shown in FIG. 2, the first protrusions extending in the arrow A direction are brought into contact with each other by bringing the end faces of the workpiece W1 into contact with each other. A cylindrical body W2 having the
なお、図3に示すように、この時点では、第1凸部10aと第3凸部10c同士、又は、第2凸部10bと第4凸部10d同士が重畳していてもよい。
As shown in FIG. 3, at this time, the first
次に、本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用装置の構成につき説明する。 Next, the configuration of the friction stir welding apparatus according to the present embodiment will be described.
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用装置20の要部概略斜視図を図4に示すとともに、図4のV−V線矢視断面図を図5に示す。これら図4及び図5から諒解されるように、摩擦撹拌接合用装置20は、底面が若干傾斜した基台22(図5参照)と、第1支持手段としての柱状部材24と、第2支持手段としての第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28と、これら柱状部材24、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28に支持されるとともに後述する各種の手段を保持する支持体30と、該支持体30の上端面に載置・連結された支持用中子32とを有する。
4 is a schematic perspective view of a main part of the friction
ここで、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28は、プランジャを油圧によって滑らかにロックする手段を有するサポートである。
Here, the first support
図5に示すように、基台22上に立設された柱状部材24は、底盤34と立柱盤36とが略L字状に組み合わされ、さらに、立柱盤36が支持盤38で支持されてなる。そして、立柱盤36には、ストッパ部材40が連結固定されている。
As shown in FIG. 5, the
その一方で、図4〜図6に示すように、基台22にはレール42が敷設されている。前記第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び前記第2支持ナチュラルロックシリンダ28は、このレール42に沿って移動可能である。
On the other hand, as shown in FIGS. 4 to 6, a
すなわち、レール42には係合用ブラケット44の係合溝が係合しており(図4参照)、且つ該係合用ブラケット44上には、位置決め用ブラケット46が連結固定されている。そして、この位置決め用ブラケット46の一側面には、変位用シリンダ48を構成するピストンロッド50の頭部の抜け止めがなされた収容ブラケット52が位置決め固定されている。第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28は、前記位置決め用ブラケット46に連結固定されており、従って、変位用シリンダ48のピストンロッド50が前進・後退動作することに追従して、レール42に案内されて変位する。
That is, the engaging groove of the engaging
なお、変位用シリンダ48は、基台22に連結された略L字状のL型支持盤54によって支持されている。そして、変位用シリンダ48の対向位置には停止盤56が設けられており、位置決め用ブラケット46が所定の位置まで到達した場合、該停止盤56によって位置決め用ブラケット46、ひいては第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28のそれ以上の変位が抑止される。
The
また、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28の各支持用ロッド58、60は、支持体30に接近又は離間する方向に指向して上昇・下降動作する。
Further, the
図5に示すように、支持体30には、その長手方向に沿って第1挿入用穴部62及び第2挿入用穴部64が設けられている。このうち、第1挿入用穴部62には、該第1挿入用穴部62よりも幅広で且つ端部が閉塞したカム挿入部66が連通している。また、支持体30の底部には、その一部が切り欠かれることによって、該カム挿入部66に連通する凹部68が形成されている。なお、凹部68の幅は、カム挿入部66に比して大きく設定されている。
As shown in FIG. 5, the
また、支持体30の一端部には、円筒体W2を内周壁面側から水平方向に押圧するための第1押圧手段を構成する水平押圧シリンダ70が連結固定されており、該水平押圧シリンダ70のピストンロッド72は、図7に示すカム74とともに前記第1挿入用穴部62に挿入されている。なお、ピストンロッド72と支持体30との間には、図示しないブッシュが介装されている。
Further, a horizontal
このピストンロッド72の頭部は、図7に示すように、連結用環状部材76を介してカム74に連結されている。後述するように、ピストンロッド72が前進・後退動作することに伴って、カム74の作用下に小ロッド78a〜78cがピストンロッド72の前進・後退方向と直交する方向に前進・後退動作する。
As shown in FIG. 7, the head of the
カム74の上端面には、カム74の長手方向に対して所定の角度で傾斜した係合溝80a〜80cが設けられている。一方、小ロッド78a〜78cの各底面には突起部82a〜82cがそれぞれ設けられており、これら突起部82a〜82cは、係合溝80a〜80cに摺動自在に係合されている(図5参照)。
なお、カム74は、前記凹部68に挿入された保持部材84が支持体30に連結されることによって該支持体30に保持されている。
The
図5に示すように、この保持部材84には、平板状ブラケット300が連結固定されている。この平板状ブラケット300には鉛直下方に延在するステー302が固定されており、該ステー302には、頭部が湾曲した長尺部304と、該長尺部304から屈曲して水平方向に延在する短尺部306とを有する鉛直押圧アーム308(第2押圧手段)の屈曲部が軸止されている。すなわち、鉛直押圧アーム308は、ステー302に軸止された屈曲部を支点として回動自在に保持されている。そして、この鉛直押圧アーム308における長尺部304の頭部は、円筒体W2の内周壁面に当接している。
As shown in FIG. 5, the
また、保持部材84において、鉛直押圧アーム308の屈曲部から水平方向に延在する柱状突起部310と対向する位置には、L字状ステー312が設置されている。これら柱状突起部310とL字状ステー312には貫通孔がそれぞれ設けられており、両貫通孔には、コイルスプリング314のフック部が係止されている。該コイルスプリング314は、その収縮力によって柱状突起部310を鉛直上方に指向して常時引っ張っている。この引っ張りにより、鉛直押圧アーム308が屈曲部を支点として円筒体W2の内周壁面に指向する方向に常時弾発付勢され、その結果、鉛直押圧アーム308における長尺部304の頭部が円筒体W2の内周壁面を鉛直下方に指向して押圧するに至る。
In the holding
なお、鉛直押圧アーム308の回動動作は、ストッパねじ316で短尺部306が押止されることによって制限される。これにより、鉛直押圧アーム308が円筒体W2の内周壁面を過大な力で押圧することが回避される。
Note that the rotation operation of the vertical
小ロッド78a、78cには、バー状の押圧部材86aが橋架されている(図7参照)。一方、小ロッド78bには、押圧部材86aに対応する形状の押圧部材86bが支持されている。なお、押圧部材86a、86bは、図示しないボルトを介して小ロッド78a〜78cに連結されており、その側面は、円筒体W2の内周壁面に合わせて湾曲形成されている。
A bar-shaped
そして、押圧部材86aの一端部に設けられた切欠部398には、水平押圧部材としての押圧バー400aが軸402を介して回動自在に連結されている。
A
すなわち、押圧バー400aは、連結部404と、該連結部404の隅角部から突出した長尺部406とを有し、前記軸402は、連結部404に設けられた貫通孔を通って押圧部材86aの切欠部398における底面に位置決め固定されている。また、該底面において、連結部404と長尺部406との境界部近傍には、規制ピン408が位置決め固定されている。
That is, the
さらに、切欠部398には係止ピン410が位置決め固定されており、該係止ピン410には、コイルスプリング412の一端部が係止されている。このコイルスプリング412の他端部は、連結部404の隅角部に設けられた係止穴414に係止されており、従って、押圧バー400aは、コイルスプリング412が圧縮することに伴って、その弾発付勢下に円筒体W2の内周壁面側に指向して軸402を中心に回動動作する。
Further, a
押圧部材86aの一端部に配設された押圧バー400bも前記押圧バー400aと同様に構成されており、従って、押圧バー400aと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
The
一方の第2挿入用穴部64は、支持体30の長手方向に沿って該支持体30を貫通するように設けられている(図5参照)。この第2挿入用穴部64には、支持体30の図5における右端面に連結固定された整列シリンダ88のユニバーサルジョイントを含むピストンロッド90が挿入されている。
One
該ピストンロッド90の頭部には、長尺なフローティングロッド92の一端部が連結されている。また、このフローティングロッド92の他端部は、第2挿入用穴部64から突出している。
One end of a long floating
ここで、図8に示すように、支持体30の一端部においては、第2挿入用穴部64の両側部に、第1ロッド挿入用小孔部94、第2ロッド挿入用小孔部96が設けられている。そして、これら第1ロッド挿入用小孔部94及び第2ロッド挿入用小孔部96には、第1大ロッド98、第2大ロッド100がそれぞれ挿入されている。
Here, as shown in FIG. 8, at one end portion of the
支持体30と第1大ロッド98、第2大ロッド100との間には図示しないベアリングが介装されており、該ベアリングは、第1ロッド挿入用小孔部94、第2ロッド挿入用小孔部96に嵌合された第1キャップ部材102、第2キャップ部材104によって封止されている。
A bearing (not shown) is interposed between the
フローティングロッド92の頭部端面には、連結部材106が当接している。この連結部材106には第1貫通孔108、第2貫通孔110及び第3貫通孔112が設けられており、中央に設けられた第2貫通孔110に通されたボルト114は、フローティングロッド92の頭部に螺合されている。
The connecting
また、第1貫通孔108、第3貫通孔112には第1大ロッド98、第2大ロッド100が通されており、これによりフローティングロッド92と第1大ロッド98、第2大ロッド100とが連結部材106を介して互いに連結されている。なお、第1大ロッド98、第2大ロッド100の第1貫通孔108、第3貫通孔112からの抜け止めは環状ストッパ116によってなされ、一方、フローティングロッド92の第2貫通孔110からの抜け止めは、該フローティングロッド92の頭部端面及びボルト114によってなされている。
Further, the first
連結部材106の第1貫通孔108、第3貫通孔112から突出して延在する第1大ロッド98、第2大ロッド100には、図5における縦方向の寸法が連結部材106に比して若干小さい載置用連結部材118が橋架されている。すなわち、図8に示すように、この載置用連結部材118には、第4貫通孔120及び第5貫通孔122が設けられており、第1大ロッド98、第2大ロッド100は、これら第4貫通孔120、第5貫通孔122にそれぞれ通されている。なお、載置用連結部材118と第1大ロッド98、第2大ロッド100との間にも図示しないベアリングが介装されており、該ベアリングは、第4貫通孔120、第5貫通孔122に嵌合された第3キャップ部材124、第4キャップ部材126によって封止されている。
The first
第1大ロッド98、第2大ロッド100は、載置用連結部材118の第4貫通孔120、第5貫通孔122から突出してさらに延在している。そして、各先端部には、コイルスプリング128a、128bを収容したケーシング130a、130bがそれぞれ設置されている。
The first
ケーシング130a、130bは、それぞれ、第1大ロッド98、第2大ロッド100の側周壁に嵌合されて一端部が開口した円筒体状ボディ132a、132bと、第1大ロッド98、第2大ロッド100の頭部にボルト134a、134bを介して連結されて一端部が開口した円筒体状カバー部材136a、136bとを有し、該円筒体状カバー部材136a、136bの側周壁は、円筒体状ボディ132a、132bの側周壁を囲繞している。前記コイルスプリング128a、128bの各端部は、円筒体状ボディ132a、132bの底面及び円筒体状カバー部材136a、136bの天井面にそれぞれ着座している。
The
連結部材106の上端面には、第1把持部材138が連結固定されている(図5参照)。図9に示すように、この第1把持部材138には、第2突出部14の形状に対応する形状の凹部140が設けられている。また、載置用連結部材118の上端面には、略コ字状型の整列用押圧部材142が設置されている(図5及び図9参照)。この整列用押圧部材142は、第1把持部材138を囲繞するように配設されており、その先端部は、第1把持部材138の先端部よりも突出している。このため、円筒体W2がセットされた際、第1把持部材138の先端部よりも整列用押圧部材142の先端部の方が先に円筒体W2に当接する。
A first gripping
後述するように、これら第1把持部材138、整列用押圧部材142は、ピストンロッド90(図5参照)が付勢されることに伴い、フローティングロッド92、第1大ロッド98及び第2大ロッド100を介して変位する。
As will be described later, the first gripping
支持体30の図5における右端部、すなわち、整列シリンダ88及び水平押圧シリンダ70が連結固定された側の端部には、図5のX−X線矢視断面図である図10に示すように、冷却水を流通させるための4個のチューブ144a〜144dが管継手145を介してそれぞれ接続されている。一方、支持体30の内部には、冷却水を導入するための冷却水入口通路146、冷却水を排出するための冷却水出口通路148が設けられている。なお、支持体30の内部にはエア通路150も設けられており、該エア通路150には、管継手145を介して圧縮エア用チューブ(ともに図示せず)が接続されている。
As shown in FIG. 10, which is a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. 5, the right end of the
支持体30の上端面に位置決め固定された前記支持用中子32は、第1中子部材152と第2中子部材154とからなる。円筒体W2の内周壁面は、このうちの第1中子部材152の湾曲上面に当接し、これにより該円筒体W2が摩擦撹拌接合用装置20に支持される。
The
支持体30の上端面に載置・連結された第2中子部材154の上端部には、傾斜して突出した凸部が設けられている。この凸部には、支持体30の長手方向に沿って挿入溝156が形成されている。
On the upper end portion of the
また、第2中子部材154における挿入溝156の両側部には、第1通路158、第2通路160が設けられている(図10参照)。これら第1通路158、第2通路160は、第2中子部材154の図5における右端部から左端部に指向して延在する上部通路162と、この上部通路162の下方に設けられて第2中子部材154の図5における左端部で該上部通路162と連通する下部通路164とを有する。なお、下部通路164は、第2中子部材154の図5における左端部から右端部に指向して延在する。
A
第1通路158及び第2通路160を構成する各上部通路162は冷却水入口通路146に連通しており、その一方で、各下部通路164は冷却水出口通路148に連通している。すなわち、第1通路158及び第2通路160には、冷却水が流通される。
Each
第2中子部材154の上端面には、図5及び図9における右端部近傍に、前記挿入溝156を挟んで対向する位置に4本のピン166が立設されている。これらピン166のうち内側の2本は、第2把持部材168の湾曲凹部170に進入する。
Four
第1中子部材152は、第2中子部材154に設けられた挿入溝156に挿入・位置決め固定されている。この第1中子部材152におけるピン166の近傍には、第2中子部材154の内部に設けられた前記エア通路150に連通するエア噴出口174が設けられている。
The
このように、湾曲上面を有する第1中子部材152と、内部に冷却水が流通する第1通路158及び第2通路160を有する第2中子部材154とを別個の部材とすることにより、第1中子部材152及び第2中子部材154を各々容易に製作することができる。
Thus, by making the
ここで、エア噴出口174から噴出された圧縮エアの圧力は、図示しない第1圧力センサによって常時モニタリングされる。その一方で、円筒体W2の第1凸部10a及び第3凸部10cの近傍における圧縮エアの圧力も、図示しない第2圧力センサによってモニタリングされる。後述するように、第2圧力センサ及び第1圧力センサによってモニタリングされた圧縮エアの圧力が比較されることにより、第1凸部10a及び第3凸部10cが離間した状態にあるか又は当接した状態にあるかが判定される。
Here, the pressure of the compressed air ejected from the
図5及び図9に示すように、支持体30の上端面右端部には、固定盤176を介して把持シリンダ178が設置されている。この把持シリンダ178は、ピストンロッド180と、2本のガイド部材181a、181bとを有し(図9参照)、このうちのピストンロッド180には、押圧盤182が橋架されている。前記第2把持部材168は、この押圧盤182に連結されている。
As shown in FIGS. 5 and 9, a
上記したように、第2把持部材168の先端部には、ピン166に対応する位置に湾曲凹部170が形成されている。また、この第2把持部材168には、第1突出部12の形状に対応する形状の凹部184が設けられている。
As described above, the
また、図9における支持体30の上端面右端部には、第2中子部材154を間に挟んで対向する位置に、第1整列盤186、第2整列盤188が位置決め固定されている。
In addition, a
この摩擦撹拌接合用装置20は、以上の手段の他、図4及び図6に示すように、円筒体W2を押止するための第1押止手段190a、第2押止手段190bを有する。このうち、第1押止手段190aは、基台22に立設された支持盤192と、該支持盤192の平面部位上端面に載置・固定された上下動シリンダ194と、該上下動シリンダ194のピストンロッド196、及び支持盤192における柱状部位の上端部にリンク198、200を介して連結されたアーム部材202と、該アーム部材202の先端部に設置された押止部材204とを備える。この押止部材204の長手方向の寸法は、円筒体W2の長手方向の寸法と略同等である(図4参照)。
In addition to the above means, the friction
残余の第2押止手段190bは第1押止手段190aと同一構成であり、従って、第1押止手段190aと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
The remaining second
第1押止手段190a及び第2押止手段190bの各押止部材204が円筒体W2を押止した際には、両押止部材204の間に間隙210が形成される。この間隙210には、円筒体W2の端面同士が当接した箇所を接合するための摩擦撹拌接合用工具250が挿入される。
When the
なお、この摩擦撹拌接合用工具250は、図示しない摩擦撹拌接合装置のスピンドルに固定された回転体252(図4参照)と、該回転体252の先端部に設けられたプローブ254とを有する。なお、前記スピンドルは、スピンドルカバー256内に収容されている。
The friction
このスピンドルカバー256の一側面にはステー258が設置されており、このステー258には、ロータリアクチュエータ260が支持固定されている。また、ステー258の凹部には、図示しない通路が内部に設けられた箱型の継手262が挿入されており、この継手262には、回転体252に向けて噴出される冷却用の圧縮エアを送気するためのエア導入チューブ264と、冷却用エア噴出管266とが接続されている。
A
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用装置20は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
The friction
この摩擦撹拌接合用装置20は、図示しない摩擦撹拌接合装置に設置されて使用される。まず、摩擦撹拌接合作業に先立ち、チューブ144b、144dを介して冷却水が供給される。
The friction
供給された冷却水は、支持体30に設けられた冷却水入口通路146(図10参照)を経由して、第2中子部材154に設けられた第1通路158、第2通路160を構成する各上部通路162に導入される。冷却水は、さらに、第2中子部材154の図5における右端部から左端部に指向して流通した後、該左端部にて各下部通路164に移動し、該下部通路164に沿って第2中子部材154の図5における左端部から右端部に指向して流通する。
The supplied cooling water constitutes a
各下部通路164を流通した冷却水は、支持体30に設けられた冷却水出口通路148(図10参照)を経由した後、チューブ144a、144cを介して摩擦撹拌接合用装置20の外部へと排出される。
The cooling water flowing through each
また、図示しない前記圧縮エア用チューブを介して圧縮エアを供給する。この圧縮エアは、支持体30及び第2中子部材154の内部のエア通路172を通過して、第1中子部材152に設けられたエア噴出口174から排出される。
Further, compressed air is supplied through the compressed air tube (not shown). The compressed air passes through the air passage 172 inside the
上記のようにして冷却水及び圧縮エアを第2中子部材154の内部に流通させるようにした後、第1突出部12及び第2突出部14が形成された円筒体W2(図2参照)の内部に、第1突出部12を先頭にして支持用中子32(図4及び図5参照)を通す。そして、該円筒体W2を支持用中子32に載置し、該支持用中子32を構成する第1中子部材152の湾曲上面に円筒体W2の内周壁を当接させる。
After the cooling water and the compressed air are circulated in the
この場合、支持用中子32の長手方向は、摩擦撹拌接合用工具250の変位方向と平行である。従って、円筒体W2を摩擦撹拌接合用工具250の変位方向に沿ってセットすることができる。このため、円筒体W2を支持用中子32にセットした後に摩擦撹拌接合用工具250の変位方向に整合させるための位置合わせ等を行う必要がないので、摩擦撹拌接合作業を迅速に行うことができる。
In this case, the longitudinal direction of the
そして、円筒体W2を支持用中子32に沿って変位させ、該円筒体W2の一端面の下方をストッパ部材40に当接させるとともに、該一端面の上方を第1整列盤186及び第2整列盤188に当接させる。
Then, the cylindrical body W2 is displaced along the supporting
円筒体W2を変位させる際、鉛直押圧アーム308は、コイルスプリング314が伸張することに伴って屈曲部を支点として回動動作する。従って、鉛直押圧アーム308が円筒体W2の内周壁面を押止することはない。換言すれば、鉛直押圧アーム308を設けることによって円筒体W2が摩擦撹拌接合用装置20にセットできなくなることはない。
When the cylindrical body W2 is displaced, the vertical
円筒体W2の変位が終了すると、コイルスプリング314が収縮することに伴って、鉛直押圧アーム308が屈曲部を支点として回動動作する。これにより、鉛直押圧アーム308が元の位置に戻る。
When the displacement of the cylindrical body W2 is completed, the vertical
次に、変位用シリンダ48を付勢して、ピストンロッド50を前進動作させる。これに追従して位置決め用ブラケット46が押圧されることに伴い、係合用ブラケット44、ひいては第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28がレール42に案内されて変位する。
Next, the
このようにして係合用ブラケット44が図6に破線で示す位置から実線で示す位置まで変位した場合、位置決め用ブラケット46が停止盤56に当接する。これにより第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28のそれ以上の変位が抑止され、支持体30の下方における所定の箇所に位置決めされる。
In this way, when the engaging
なお、この変位の際、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28の各支持用ロッド58、60は下死点に位置しているので、該支持用ロッド58、60が支持体30に当接することはない。このように、第2支持手段を第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28とすることにより、支持用ロッド58、60が支持体30に当接することを回避することができる。
During this displacement, the
次に、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28を付勢し、各支持用ロッド58、60を支持体30に指向して前進動作させる。すなわち、各支持用ロッド58、60は、図6における上方に指向して変位し、下方から支持体30を支持する。これにより、支持体30、ひいては円筒体W2が、柱状部材24、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28によって両端部から支持される。
Next, the first support
次に、第1押止手段190a、第2押止手段190b(図4参照)の各上下動シリンダ194を付勢して、ピストンロッド196を上昇動作させる。これに伴い、アーム部材202がリンク198、200との結合箇所を支点として円筒体W2に指向して傾動動作し、最終的に、押止部材204が円筒体W2の外周壁面に当接する(図4、図6及び図10参照)。
Next, the
その後、ピストンロッド196の圧が低減され、その結果、押止部材204が円筒体W2の外周壁部面に小さな押圧力で載置された状態となる。最終的に、押止部材204の押止力に比してコイルスプリング314の弾発付勢力が大きくなる。
Thereafter, the pressure of the
以上により、円筒体W2は、上方の内周壁面が支持用中子32上に載置されるとともに、下方の内周壁面が鉛直押圧アーム308の長尺部304の頭部によって押圧されるようになる。上記したように、該円筒体W2の外周壁面上に載置された押止部材204の押止力に比してコイルスプリング314の弾発付勢力が大きいため、円筒体W2は鉛直下方に指向して若干伸張される。これにより、円筒体W2の断面が水平方向に長尺な楕円形状となることを回避することができる。また、第1凸部10aと第3凸部10c同士、又は、第2凸部10bと第4凸部同士が重畳している場合、前記の伸張に伴ってその重畳状態が若干解消される。
As described above, in the cylindrical body W2, the upper inner peripheral wall surface is placed on the supporting
次に、水平押圧シリンダ70(図5参照)を付勢して、ピストンロッド72を前進動作させる。この前進動作に伴って、該ピストンロッド72の頭部に連結されたカム74(図7参照)が前進動作する。
Next, the horizontal pressing cylinder 70 (see FIG. 5) is urged to move the
カム74が前進動作すると、該カム74の上端面の係合溝80a〜80cが変位することに伴い、該係合溝80a〜80cに係合した突起部82a〜82cが押圧される。これにより該突起部82a〜82cが係合溝80a〜80c内に案内されながら摺動することに追従して、図7に破線で示すように、小ロッド78a〜78cが、カム74の前進動作方向と直交する方向に前進動作する。最終的に、小ロッド78a、78cと、小ロッド78bの各先端部に連結された押圧部材86a、86bが円筒体W2の内周壁面を水平方向に指向して押圧する。この際、押圧バー400a、400bの各長尺部406が円筒体W2の内周壁面によって押圧され、押圧部材86a、86b側に指向して回動動作する。この際、各コイルスプリング412が伸張する。
When the
この押圧によって、円筒体W2が僅かに拡径する。換言すれば、当接した端面同士が僅かに離間する。円筒体W2の第1凸部10aと第3凸部10c同士、又は、第2凸部10bと第4凸部10d同士が重畳している場合、この離間によって重畳状態が解消される。また、円筒体W2が水平方向に伸張するので、円筒体W2の断面が鉛直方向に長尺な楕円形状となることを回避することもできる。
By this pressing, the cylindrical body W2 is slightly expanded in diameter. In other words, the contacted end surfaces are slightly separated from each other. When the
重畳状態を解消した後、ピストンロッド72を後退動作させることによって押圧部材86a、86bを後退動作させれば、円筒体W2が縮径し、第1凸部10aと第3凸部10c同士、第2凸部10bと第4凸部10d同士が重畳することなく当接して、第1突出部12、第2突出部14が形成される。これに伴い、円筒体W2の直径が大きくなる。換言すれば、円筒体W2が拡径される。
If the
このように、本実施の形態においては、円筒体W2の内周壁面を鉛直方向及び水平方向に指向して押圧するようにしている。これにより、円筒体W2の断面が水平方向又は鉛直方向に長尺な楕円形状となることが回避されるので、結局、真円度の高いホイールリムを得ることができる。 Thus, in the present embodiment, the inner peripheral wall surface of the cylindrical body W2 is directed and pressed in the vertical direction and the horizontal direction. Thereby, since it is avoided that the cross section of the cylindrical body W2 becomes an elliptical shape that is long in the horizontal direction or the vertical direction, a wheel rim with high roundness can be obtained after all.
第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が離間しているか否かは、エア噴出口174から噴出される圧縮エアにて確認することができる。端面同士が当接して間隙が存在しない場合、圧縮エアは、第1突出部12に遮断されて上昇しない。このため、第1突出部12の近傍で前記第2圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力は、エア噴出口174の近傍で前記第1圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力に比して大きくなる。
Whether or not the end surfaces of the first
これに対し、第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が離間して間隙が存在する場合、圧縮エアは、該間隙を通過して上昇する。この場合、前記第2圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力は、前記第1圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力と略同等となる。
On the other hand, when the end surfaces of the first
このようにして第1圧力センサ及び第2圧力センサでモニタリングされる圧縮エアの圧力を比較することにより、第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が離間しているか又は当接しているかを確実に検知することができる。端面同士が離間して間隙が存在する場合、ピストンロッド72をさらに後退動作させればよい。
In this way, by comparing the pressures of the compressed air monitored by the first pressure sensor and the second pressure sensor, the end surfaces of the first
ここで、押圧部材86a、86bが後退動作しても、円筒体W2が上記したように拡径されているので、押圧バー400a、400bの各長尺部406が円筒体W2の内周壁面に当接した状態が保持される。すなわち、円筒体W2の内周壁は、各コイルスプリング412の弾発付勢により、押圧バー400a、400bの各長尺部406によって水平方向に指向して押圧される。このように、円筒体W2が内周壁側から水平方向に押圧されることにより、該円筒体W2がその円周方向、すなわち、図6及び図10に示す矢印Z方向に指向して周回動作することが阻止される。
Here, even if the
なお、この作業が終了した時点では、図11に示すように、第1凸部10aと第3凸部10cの先端部同士、第2凸部10bと第4凸部10dの先端部同士が接合方向に沿って位置ずれを起こしていてもよい。また、円筒体W2における第1突出部12側の端面が第1整列盤186、第2整列盤188から離間していてもよい。
At the end of this operation, as shown in FIG. 11, the tip portions of the first
次に、整列シリンダ88を付勢して、ピストンロッド90を介してフローティングロッド92を図5における右方に指向して後退動作させる。これに伴って後退動作する第1大ロッド98(図8参照)、第2大ロッド100に追従して、連結部材106及び載置用連結部材118、ひいては第1把持部材138及び整列用押圧部材142が図5における右方に変位する。
Next, the
上記したように、第1把持部材138の先端部よりも整列用押圧部材142の先端部の方が円筒体W2に近接する。このため、円筒体W2の端面には、整列用押圧部材142の先端部がまず当接する。
As described above, the tip of the
円筒体W2の端面は、整列用押圧部材142に押圧されることにより、第1整列盤186、第2整列盤188に指向して変位する。そして、例えば、第1凸部10aが第3凸部10cに先行して変位する場合、第1凸部10aが設けられている側の端面が第1整列盤186に当接することによって変位が停止する。この状態で、整列用押圧部材142の変位がさらに続行されると、最終的に、第3凸部10cが設けられている側の端面が第2整列盤188に当接する。これにより第3凸部10cが設けられている側の端面の変位が停止して、円筒体W2の両端面が整列する。換言すれば、円筒体W2の両端面が面一となる。勿論、この整列に伴って整列用押圧部材142の変位も停止する。
The end surface of the cylindrical body W2 is displaced toward the
ピストンロッド90及びフローティングロッド92(ともに図8参照)の後退動作は、さらに続行される。この際、整列用押圧部材142が円筒体W2の端面に押止されているので、載置用連結部材118及び整列用押圧部材142が変位することはない。
The backward movement of the
一方、第1大ロッド98、第2大ロッド100は、ボルト134a、134b及び円筒体状カバー部材136a、136bを介して、ケーシング130に収容されたコイルスプリング128a、128bを押圧・収縮させる。この収縮分が第1大ロッド98及び第2大ロッド100のさらなるストロークとなり、結局、連結部材106、ひいては第1把持部材138のさらなる変位量となる。
On the other hand, the first
このようにして第1把持部材138が変位した結果、凹部140に第2突出部14が嵌合する。上記したような重畳解除作業及び端面位置合わせ作業が施されているので、凹部140に嵌合した第2突出部14において、第2凸部10bと第4凸部10dとが重畳していることはなく、また、これら第2凸部10bと第4凸部10dの先端部同士が位置ずれしていることもない。
As a result of the displacement of the first gripping
次に、把持シリンダ178を付勢して、ピストンロッド180を介して押圧盤182及び第2把持部材168を図5及び図9における左方に変位させる。最終的に、図9に示すように、第2把持部材168の湾曲凹部170にピン166が進入するとともに、凹部184に第1突出部12が嵌合する。勿論、第1突出部12においても、第1凸部10aと第3凸部10c同士が重畳していることはなく、また、これら第1凸部10aと第3凸部10cの先端部同士が位置ずれしていることもない。
Next, the
以上のように第1突出部12及び第2突出部14が第2把持部材168及び第1把持部材138の各凹部140、184にそれぞれ嵌合することに伴って、円筒体W2が第1把持部材138及び第2把持部材168に把持される。
As described above, the
次に、ピストンロッド196に圧を再度加え、押止部材204で円筒体W2の外周壁面を押圧する。これにより、円筒体W2は、押止部材204にて外周壁面側から押圧され、且つ支持用中子32にて内周壁面側から押圧されるに至る。換言すれば、円筒体W2は、支持用中子32及び押止部材204に挟持され、このために該円筒体W2が開いて板材形状に戻ることが確実に阻止される。
Next, pressure is again applied to the
この状態で、摩擦撹拌接合用工具250にて、円筒体W2における直線状の当接端面が摩擦撹拌接合される。
In this state, with the friction
なお、摩擦撹拌接合に先立ち、回転体252に指向して冷却用の圧縮エアが噴出される。具体的には、ロータリアクチュエータ260の作用下に継手262が図4における仮想線に示す位置から回動動作し、その結果、冷却用エア噴出管266の湾曲した先端部が回転体252に対向する。この状態で、図示しない圧縮エア源から圧縮エアが供給され、該圧縮エアは、エア導入チューブ264、継手262及び冷却用エア噴出管266を介して回転体252に指向して噴出される。
Prior to friction stir welding, compressed air for cooling is jetted toward the
次に、摩擦撹拌接合用工具250を押止部材204同士の間隙210に挿入して回転体252を回転付勢した後、プローブ254を第1突出部12の任意の位置に摺接させる。この摺接に伴って摩擦熱が発生し、第1突出部12におけるプローブ254の当接箇所が軟化することにより該プローブ254の先端部が第1突出部12に埋没する。
Next, after the friction
次に、回転体252の回転付勢を続行した状態で、摩擦撹拌接合用工具250を第2突出部14に指向して移動させる。この際、軟化した円筒体W2における当接箇所の肉は、プローブ254にて撹拌されることに伴って塑性流動し、該プローブ254が移動した後に冷却固化することに伴って固相接合する。この現象が逐次的に繰り返されることにより、円筒体W2の当接箇所が一体的に固相接合されるに至る。
Next, the friction
なお、基台22の底部が傾斜しているため、円筒体W2も、水平方向に対して傾斜している。このため、摩擦撹拌接合用工具250が移動する際、該円筒体W2とプローブ254との接触面積は、該円筒体W2が水平に支持されている場合に比して小さくなる。このため、プローブ254に対する負荷を小さくすることができる。
Since the bottom of the
また、摩擦撹拌接合用工具250が移動する際、該摩擦撹拌接合用工具250は、図示しない摩擦撹拌接合装置の作用下に、円筒体W2の傾斜に合わせて徐々に下降動作する。すなわち、プローブ254が円筒体W2から離脱することはない。
Further, when the friction
この場合、上記したように、円筒体W2に第1突出部12及び第2突出部14を設け、これら第1突出部12及び第2突出部14を第1把持部材138及び第2把持部材168により把持し、さらに、該円筒体W2を支持用中子32及び押止部材204で挟持するようにしている。このため、円筒体W2が開いて板材形状に戻ることを確実に阻止することができ、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
In this case, as described above, the
また、第1突出部12においては、第1凸部10aと第3凸部10c同士の重畳も接合方向に沿う位置ずれもない。勿論、第2突出部14においても、第2凸部10bと第4凸部10d同士の重畳も接合方向に沿う位置ずれもない。さらに、円筒体W2の真円度が高いので、端面同士は、鉛直方向においても全体にわたって位置ずれを起こすことなく当接している。このため、上記の摩擦撹拌接合作業を行うことにより、所定の直径及び長さを有するホイールリムを確実に、しかも、効率よく製作することができる。すなわち、寸法精度が極めて良好なホイールリムを得ることができる。
Moreover, in the
しかも、摩擦撹拌接合によれば、隆起部を形成することなく当接箇所を接合することが可能であり、従って、仕上げ作業が不要となる。このため、外観が良好なホイールリムを効率よく製作することができる。 In addition, according to the friction stir welding, it is possible to join the contact points without forming a raised portion, and thus no finishing work is required. For this reason, a wheel rim having a good appearance can be efficiently manufactured.
その上、端面同士の鉛直方向に沿う位置ずれがほとんどない。従って、接合部に空洞が生じることを回避することもできる。 In addition, there is almost no positional deviation along the vertical direction between the end faces. Therefore, it is possible to avoid the formation of a cavity in the joint.
さらにまた、押圧バー400a、400bの各長尺部406で円筒体W2を内周壁側から押圧することによって円筒体W2が周回動作することを阻止しているので、摩擦撹拌接合用工具250のプローブ254が当接箇所に確実に埋没される。このため、当接した端面同士が良好に撹拌され、結局、未接合部が生じることを回避することができる。
Furthermore, since the cylindrical body W2 is prevented from rotating by pressing the cylindrical body W2 from the inner peripheral wall side with the
以上のようにして摩擦撹拌接合作業が遂行される間、円筒体W2にプローブ254が摺接することに伴って、該円筒体W2に摩擦熱及び加工熱が発生する。これらの熱は、支持用中子32に伝達される。
While the friction stir welding operation is performed as described above, frictional heat and machining heat are generated in the cylindrical body W2 as the
ここで、支持用中子32を構成する第2中子部材154の内部には、上記したように冷却水が流通されている。このため、第1中子部材152を介して第2中子部材154に伝達された熱は、冷却水によって速やかに除去される。これにより、支持用中子32が所定の温度、例えば、50℃を上回ることのないように制御される。このため、円筒体W2の温度が上昇することも抑制されるので、摩擦撹拌接合の最中に該円筒体W2にバリが発生することを回避することもできる。
Here, the cooling water is circulated in the
また、摩擦撹拌接合を行うプローブ254も、冷却用エア噴出管266から噴出された圧縮エアによって冷却されている。これにより、回転体252が特に円筒体W2の外周壁面に指向して熱膨張を起こすことを回避することができる。このため、プローブ254の埋没量が略一定となるので、寸法精度が良好な製品を、バリを発生させることなく連続して得ることができる。
Further, the
円筒体W2の摩擦撹拌接合が終了した後、上下動シリンダ194を付勢してピストンロッド196を下降動作させることで押止部材204を円筒体W2から離間させる。さらに、把持シリンダ178のピストンロッド180を図5における右方に後退動作させる一方で、整列シリンダ88のピストンロッド90を図5における左方に前進動作させる。これにより、第1突出部12が第2把持部材168から離間するとともに、第2突出部14が第1把持部材138から離間する。結局、第1突出部12及び第2突出部14を有する円筒体W2が摩擦撹拌接合用装置20から解放される。
After the friction stir welding of the cylindrical body W2 is completed, the
円筒体W2を支持用中子32から離脱させた後、最後に、第1突出部12及び第2突出部14を切断除去すれば、寸法精度が極めて良好なホイールリムが得られるに至る。
If the
このように、水平押圧シリンダ70で第1凸部10aと第3凸部10c、及び第2凸部10bと第4凸部10dの重畳を解消し、且つ整列シリンダ88で第1凸部10aと第3凸部10c、及び第2凸部10bと第4凸部10dの位置合わせを行うことにより、寸法精度が極めて良好なホイールリムを簡便に、しかも、効率よく製作することができる。
In this way, the horizontal
この切断除去作業を遂行する一方で、次なる円筒体W2が摩擦撹拌接合用装置20にセットされる。この円筒体W2の内周壁面は、支持用中子32を構成する第1中子部材152の湾曲上面に当接する。
While performing this cutting and removing operation, the next cylindrical body W2 is set in the friction
上記したように、第2中子部材154の内部には冷却水が流通されており、従って、支持用中子32の温度が上昇することが著しく抑制されている。このため、次に摩擦撹拌接合される円筒体W2が摩擦撹拌接合用装置20にセットされた際、支持用中子32から円筒体W2に熱が伝達されて該円筒体W2の温度が上昇することを回避することができる。これにより、次なる円筒体W2の金属組織が変化することを回避することができるので、連続的に製作されるホイールリムにおける強度等の機械的諸特性にバラツキが生じることを回避することができる。
As described above, the cooling water is circulated inside the
このように、円筒体W2の内周壁面に当接する支持用中子32の内部に冷却水を流通することにより、品質に差異がないホイールリムを連続して製作することが著しく容易となる。
Thus, by circulating the cooling water inside the supporting
なお、本実施の形態においては、円筒体としてホイールリムを例示して説明したが、特にこれに限定されるものではない。 In the present embodiment, the wheel rim is illustrated as an example of the cylindrical body. However, the present invention is not particularly limited to this.
また、冷却媒体は冷却水に限定されるものではなく、オイル等を使用するようにしてもよい。 The cooling medium is not limited to cooling water, and oil or the like may be used.
10a〜10d…凸部 12、14…突出部
20…摩擦撹拌接合用装置 22…基台
24…柱状部材
26、28…支持ナチュラルロックシリンダ
30…支持体 32…支持用中子
40…ストッパ部材 42…レール
48…変位用シリンダ 50…ピストンロッド
58、60…支持用ロッド 62、64…挿入用穴部
66…カム挿入部 70…水平押圧シリンダ
72…ピストンロッド 74…カム
78a〜78c…小ロッド 80a〜80c…係合溝
82a〜82c…突起部 86a、86b…押圧部材
88…整列シリンダ 90…ピストンロッド
92…フローティングロッド 98、100…大ロッド
106…連結部材 118…載置用連結部材
128a、128b、314、412…コイルスプリング
138、168…把持部材 140、184…凹部
142…整列用押圧部材 146…冷却水入口通路
148…冷却水出口通路 150、172…エア通路
152、154…中子部材 156…挿入溝
158、160、162、164…通路
174…エア噴出口 178…把持シリンダ
180…ピストンロッド 182…押圧盤
186、188…整列盤 190a、190b…押止手段
194…上下動シリンダ 196…ピストンロッド
204…押止部材 210…間隙
250…摩擦撹拌接合用工具 252…回転体
254…プローブ 308…鉛直押圧アーム
400a、400b…押圧バー 406…長尺部
W1…ワーク W2…円筒体
DESCRIPTION OF
Claims (3)
基台と、
前記基台に設けられた第1支持手段及び第2支持手段と、
前記第1支持手段及び第2支持手段によって支持される支持体と、
前記支持体上に設置され、前記円筒体の内部に挿入されて該円筒体を支持する支持用中子と、
前記支持用中子上に配設されるとともに、前記円筒体における当接箇所の両端部に、前記凸部同士が当接することに伴って形成されて接合方向に沿って延在する各突出部をそれぞれ把持する第1把持部材及び第2把持部材と、
前記支持体に支持されるとともに、弾発付勢手段の作用下に前記円筒体の内周壁面を鉛直下方に押圧する第1押圧手段と、
前記支持体に支持されるとともに、変位手段の作用下に変位して前記円筒体の内周壁面を水平方向に押圧する第2押圧手段と、
を有することを特徴とする摩擦撹拌接合用装置。 A friction stir welding apparatus used for friction stir welding of the end surfaces of a cylindrical body formed by contacting end surfaces of plate members having convex portions at corners,
The base,
First support means and second support means provided on the base;
A support supported by the first support means and the second support means;
A support core installed on the support and inserted into the cylindrical body to support the cylindrical body;
Projections that are arranged on the support core and that extend along the joining direction as the projections abut at both ends of the abutting portion of the cylindrical body. A first gripping member and a second gripping member that respectively grip
A first pressing means that is supported by the support body and presses the inner peripheral wall surface of the cylindrical body vertically downward under the action of the elastic biasing means;
A second pressing means that is supported by the support and is displaced under the action of a displacement means to press the inner peripheral wall surface of the cylindrical body in a horizontal direction;
The apparatus for friction stir welding characterized by having.
3. The apparatus according to claim 1, wherein the second pressing means is provided with a horizontal pressing means for pressing the inner peripheral wall surface of the cylindrical body in a horizontal direction under the action of the elastic biasing means. Friction stir welding apparatus characterized.
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