JP2007021513A - 摩擦撹拌接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】押圧力を発生させるボ―ルねじ軸線と撹拌モ―タ軸線を略一致或は近接させることで押圧力による転倒トルクの発生をなくして装置の小型化を図り、接合動作が容易にできる摩擦撹拌接合装置を提供する。
【解決手段】 押圧用モ―タ４によって撹拌用モ―タ５を直動ガイド１１でガイドさせて前後進するようにし、該撹拌用モ―タを収容する筐体３内にガイドレ―１２を配置し、該ガイドレ―ルに沿って移動する前記直動ガイドを前記撹拌用モ―タの後部に撹拌用モ―タの軸線方向に傾斜した角度αで固定し、接合ツ―ル８を直動ガイドのガイド方向に対して角度αをもって前後進させるようにした摩擦撹拌接合装置。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ピンの回転による摩擦熱で被接合物を軟化，撹拌して接合する装置であって、撹拌用モ―タと先端に前記ピンを有し後端が前記撹拌用モ―タの出力軸側に接続された接合ツ―ルとを同一軸線上に配置し、接合ツ―ルを被接合物に対して傾斜させた摩擦撹拌接合装置に関するものである。

従来，ピンの回転による摩擦熱で被接合物を軟化，撹拌して接合する装置であって、撹拌用モ―タと先端に前記ピンを有し後端が前記撹拌用モ―タの出力軸側に接続された接合ツ―ルとを同一軸線上に配置し、接合ツ―ルを被接合物に対して傾斜させた摩擦撹拌接合装置がある（例えば、特許文献１参照。）。

特許第３２６１４３１号公報

ところで、上記従来の技術においては、押圧力を発生させるボ―ルねじ軸線および直動ガイドと撹拌モ―タ軸線が大きく偏心しているため、押圧装置のガイド部に撹拌力により撹拌モ―タの回転周波数に一致した間欠トルクがかかり振動が発生するとともに押圧装置の直動ガイドの寿命を短くするので、直動ガイド部をサイズアップする必要があり、コストアップになる。また、被接合物や治具などで囲まれた狭い部位に押圧装置のガイド部が干渉する可能性が大きくあり、これが邪魔になって接合装置の狭い箇所への移動が困難となる。さらに、押圧力の加圧中心と撹拌モ―タの撹拌軸の回転中心が大きく偏心しているので撹拌モ―タを被接合物へ押圧作動させる際に押圧力の加圧中心部に転倒トルクが発生しガイドに過分の負担が掛かる等の問題がある。

本発明は、従来の技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、押圧力を発生させるボ―ルねじ軸線と撹拌モ―タ軸線を略一致或は近接させることで押圧力による転倒トルクの発生をなくして装置の小型化を図り、接合動作が容易にできる摩擦撹拌接合装置を提供しようとするものである。

上記目的を達成するために、本発明における摩擦撹拌接合装置は、押圧用モ―タによって撹拌用モ―タを直動ガイドでガイドさせて前後進するようにし、該撹拌用モ―タを収容する筐体内にガイドレ―ルを配置し、該ガイドレ―ルに沿って移動する前記直動ガイドを前記撹拌用モ―タの後部に撹拌用モ―タの軸線方向に傾斜した角度で固定し、前記接合ツ―ルを直動ガイドのガイド方向に対して角度をもって前後進させるようにしたことを特徴とする、ものである。

また、前記押圧用モ―タによって撹拌用モ―タを直動ガイドでガイドさせて前後進するようにする手段として、直動ガイドを撹拌用モ―タの後部に固定し、且つ撹拌用モ―タの後端側にボ―ルナットを固定すると共に、該撹拌用モ―タの出力軸に後方からボ―ルねじが格納される穴を形成して該穴にボ―ルねじを配置し、筐体に固定された押圧用モ―タの回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにしたことを特徴とする、ものである。

また、前記筐体への押圧用モ―タの固定手段および撹拌用モ―タへのボ―ルナットの固定手段にトラニオン軸を用いたことを特徴とする、ものである。

また、前記押圧用モ―タによって撹拌用モ―タを直動ガイドでガイドさせて前後進するようにする手段として、直動ガイドとボ―ルナットを撹拌用モ―タの後部に固定し、押圧用モ―タからのボ―ルねじを前記ボ―ルナットと螺合させ、押圧用モ―タの回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにしたことを特徴とする、ものである。

また、前記撹拌用モ―タの位置検出器を該撹拌用モ―タの前端側に配置したことを特徴とする、ものである。

また、前記撹拌用モ―タの電磁ブレ―キを該撹拌用モ―タの前端側に配置したことを特徴とする、ものである。

また、前記撹拌用モ―タの配線接続部を該撹拌用モ―タの前端側に配置したことを特徴とする、ものである。

本発明に係る摩擦撹拌接合装置では、押圧用モ―タによって撹拌用モ―タを直動ガイドでガイドさせて前後進するようにし、該撹拌用モ―タを収容する筐体内にガイドレ―ルを配置し、該ガイドレ―ルに沿って移動する前記直動ガイドを前記撹拌用モ―タの後部に撹拌用モ―タの軸線方向に傾斜した角度で固定し、接合ツ―ルを直動ガイドのガイド方向に対して角度をもって前後進させるようにしたので、筐体内でのボ―ルねじによる押圧力の加圧中心と撹拌モ―タの撹拌軸の回転中心が略一致あるいは僅かに偏心していることから、撹拌モ―タを被接合物へ押圧作動させる際に押圧力の加圧中心部に転倒トルクが発生しガイドに過分の負担が掛かるようなことがなく、しかも筐体により押圧装置が被接合物や周囲の治具と干渉することがない安全で使用し易い摩擦撹拌接合装置となる。

また、直動ガイドを撹拌用モ―タの後部に固定し、且つ撹拌用モ―タの後端側にボ―ルナットを固定すると共に、該撹拌用モ―タの出力軸に後方からボ―ルねじが格納される穴を形成して該穴にボ―ルねじを配置し、筐体に固定された押圧用モ―タの回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにした場合には、筐体内でのボ―ルねじによる押圧力の加圧中心と撹拌モ―タの撹拌軸の回転中心が略一致していることから、転倒トルクの発生がなく、しかも筐体により押圧装置が被接合物や周囲の治具と干渉することがない安全で使用し易い摩擦撹拌接合装置となる。

そして、前記筐体への押圧用モ―タの固定手段および撹拌用モ―タへのボ―ルナットの固定手段にトラニオン軸を用いた場合には、押圧用モ―タおよびボ―ルナットの固定がより確実にできるものとなる。

また、直動ガイドとボ―ルナットを撹拌用モ―タの後部に固定し、押圧用モ―タからのボ―ルねじを前記ボ―ルナットと螺合させ、押圧用モ―タの回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにした場合には、筐体内でのボ―ルねじによる押圧力の加圧中心と撹拌モ―タの撹拌軸の回転中心が僅かに偏心していることから、転倒トルクの発生を少なくしガイドに過分の負担が掛かるようなことがなく、撹拌用モ―タの径を小さく抑えしかも筐体により押圧装置が被接合物や周囲の治具と干渉することがない安全で使用し易い摩擦撹拌接合装置となる。

また、請求項５ないし請求項７に記載の発明においては、撹拌用モ―タに付随される各構成部品が該撹拌用モ―タの前端側に配置されるので、その分，撹拌用モ―タの後端側に余裕ができて撹拌用モ―タの後部が有効に利用できる摩擦撹拌接合装置とすることができる。

押圧用モ―タによって撹拌用モ―タを直動ガイドでガイドさせて前後進するようにし、該撹拌用モ―タを収容する筐体内にガイドレ―ルを配置し、該ガイドレ―ルに沿って移動する前記直動ガイドを前記撹拌用モ―タの後部に撹拌用モ―タの軸線方向に傾斜した角度で固定し、前記接合ツ―ルを直動ガイドのガイド方向に対して角度をもって前後進させるようにしたことにより、安全で使い易い摩擦撹拌接合装置を実現した。

図１は本発明に係る摩擦撹拌接合装置の概略構成説明図、図２はその平面の概略構成説明図、図３，図４，図５はその使用例の説明図である。

図１ないし図５において、１はロボットの手首２に接続されるガンブラケットであり、該ガンブラケット１の基部には筐体３が備えられ、該筐体３の一側には押圧用モ―タ４が配置されている（図３，図４参照）。

そして、前記筐体３内には撹拌用モ―タ５が配置され、該撹拌用モ―タ５の出力軸６の先端には先端にピン７を有する接合ツ―ル８が同一軸線上に接続されている。

９は撹拌用モ―タ５の後端側に固定されたボ―ルナットであり、該ボ―ルナット９を保持するブラケット１０の一側には直動ガイド１１が前記撹拌用モ―タ５の軸線とαの角度に傾斜して設けられている。また前記筐体３内にはガイドレ―ル１２が撹拌用モ―タ５にきわめて接近して該撹拌用モ―タ５の軸線方向とαの角度に傾斜して設けられている。そして、前記直動ガイド１１はガイドレ―ル１２に沿って移動可能となっており、該直動ガイド１１のブラケット１０は撹拌用モ―タ５の後部側に固定されている。

また、前記押圧用モ―タ４の回転軸１３にはボ―ルねじ軸１４がナット１５によって固定されており、該ボ―ルねじ軸１４の先端側にはボ―ルねじ１６が形成され、該ボ―ルねじ１６は押圧用モ―タ４から前記筐体３内に導かれ、撹拌用モ―タ５の前記出力軸６に後方から余裕をもって形成された穴１７内まで延びており、その途中で撹拌用モ―タ５の後端側に固定されたボ―ルナット９と螺合している。

前記接合ツ―ル８は撹拌用モ―タ５の出力軸６の先端側にチャック１８によって挟持，接続されている。

なお、１９は撹拌用モ―タ５の出力軸６の軸受，２０は押圧用モ―タ４の回転軸１３の軸受である。

そしてこの摩擦撹拌接合装置は、台２１上に置かれた被接合物Ｗ1とＷ2とを連続して接続するため図３に示すように静止されている被接合物Ｗ1とＷ2に対してロボットにより接合装置を連続して移動させたり、被接合物Ｗ1とＷ2とをスポット接合するため図４に示すようにア―ム２２の先端側に接合部位を位置させるようにロボットにより接合装置を移動させたり、或は図５に示すように定置の受け台２３上に被接合物Ｗ1とＷ2のスポット接合部を載置して定置の接合装置でスポット接合を行う等が可能である。

以上のような構成からなる摩擦撹拌接合装置において、被接合物Ｗ1，Ｗ2の上位に接合装置が位置した状態で押圧用モ―タ４と撹拌用モ―タ５とを駆動させる。

前記押圧用モ―タ４の駆動により、ボ―ルねじ軸１４が回転し、該ボ―ルねじ軸１４の回転によりボ―ルねじ１６が回転すると、該ボ―ルねじ１６と螺合しているボ―ルナット９が前後進しようとする。該ボ―ルナット９の前後進はこれを固定した撹拌用モ―タ５の直動ガイド１１による前後進となるが、この直動ガイド１１は撹拌用モ―タ５の軸線とαの角度に傾斜して設けられていることから、該撹拌用モ―タ５は、先端にピン７を有する接合ツ―ル８を同伴しながらいわば加圧ロッドとして傾斜しながら筐体３から出没する。

そして、押圧用モ―タ４と共に駆動される撹拌用モ―タ５は前述の如く、その出力軸６の先端側に、先端にピン７を有する接合ツ―ル８が接続されているので、接合ツ―ル８は撹拌用モ―タ５と同一軸線上で回転してピン７により被接合物Ｗ1，Ｗ2に対して摩擦，撹拌動作を行う。

この摩擦，撹拌動作時に、接合ツ―ル８は被接合物Ｗ1，Ｗ2に対してαの角度に傾斜して動作することになり、接合ツ―ル８のショルダ部がピン７によって撹拌されている被接合物Ｗ1，Ｗ2の接合部表面を順次押圧して摩擦撹拌接合装置による確実な接合を実現する。

このように、本発明に係る摩擦撹拌接合装置では、押圧用モ―タ４によって撹拌用モ―タ５を直動ガイド１１でガイドさせて前後進するようにし、該撹拌用モ―タ５を収容する筐体３内にガイドレ―ル１２を配置し、該ガイドレ―ル１２に沿って移動する前記直動ガイド１１を前記撹拌用モ―タ５の後部に撹拌用モ―タ５の軸線方向に傾斜した角度αで固定し、接合ツ―ル８を直動ガイド１１のガイド方向に対して角度αをもって前後進させるようにしたので、筐体３内でのボ―ルねじ１６による押圧力の加圧中心と撹拌モ―タ５の撹拌軸の回転中心が略一致あるいは僅かに偏心していることから、撹拌モ―タ５を被接合物Ｗ1とＷ2へ押圧作動させる際に押圧力の加圧中心部に転倒トルクが発生しガイドに過分の負担が掛かるようなことがなく、しかも筐体３により押圧装置が被接合物や周囲の治具と干渉することがないものである。

また、押圧用モ―タ４によって撹拌用モ―タ５を直動ガイド１１でガイドさせて前後進するようにする手段として、直動ガイド１１を撹拌用モ―タ５の後部に固定し、且つ撹拌用モ―タ５の後端側にボ―ルナット９を固定すると共に、該撹拌用モ―タ５の出力軸６に後方からボ―ルねじ１６が格納される穴１７を形成して該穴１７にボ―ルねじ１６を配置し、筐体３に固定された押圧用モ―タ４の回転力を前記ボ―ルねじ１６に伝達し、該ボ―ルねじ１６と螺合するボ―ルナット９により前記撹拌用モ―タ５を前後進させるようにした場合には、筐体３内でのボ―ルねじ１６による押圧力の加圧中心と撹拌モ―タ５の出力軸の回転中心が略一致していることから、転倒トルクの発生がなく、しかも筐体３により押圧装置が被接合物や周囲の治具と干渉することがないものである。

また、筐体３への押圧用モ―タ４の固定手段および撹拌用モ―タ５へのボ―ルナット９の固定手段として、図２に示すようにトラニオン軸３１，３２を用いる場合には、押圧用モ―タ４およびボ―ルナット９の固定がより簡単で確実にできるものとなる。

図６は本発明に係る摩擦撹拌接合装置の更に他の実施例の概略構成説明図、図７はそのＡ―Ａ矢視図である。

この実施例では、押圧用モ―タ４によって撹拌用モ―タ５を直動ガイド１１でガイドさせて前後進するようにする手段として、直動ガイド１１とボ―ルナット９を撹拌用モ―タ５の後部のブラケット１０に傾斜角αで固定し、押圧用モ―タ４からのボ―ルねじ１６を前記ボ―ルナット９と螺合させ、押圧用モ―タ４の回転力を前記ボ―ルねじ１６に伝達し、該ボ―ルねじ１６と螺合するボ―ルナット９により前記撹拌用モ―タ５を前後進させるようにした点で前記実施例２と相違し、その余の構成は実質的に同一であるので図面には同一部材に同一符号を付してその説明を省略する。

この実施例においては、筐体３内でのボ―ルねじ１６による押圧力の加圧中心と撹拌モ―タ５の出力軸６の回転中心が僅かに偏心していることから、転倒トルクの発生を少なくしガイドに過分の負担が掛かるようなことがなく、撹拌用モ―タ５の径を小さく抑えしかも筐体３により押圧装置が被接合物や周囲の治具と干渉することがない安全で使用し易いものとなる。

図１において、撹拌用モ―タ５の前端側には撹拌用モ―タ５の位置検出器５１である例えばレゾルバが配置されている。

このように位置検出器５１を撹拌用モ―タ５の前端側に設けた場合には、撹拌用モ―タ５の後部側に余裕ができて後部が有効に利用でき、且つ他の部材例えばボ―ルねじ１６やボ―ルナット９等の配設も容易となる。

図１において、撹拌用モ―タ５の前端側には撹拌用モ―タ５の電磁ブレ―キ６１が配置されている。

このように電磁ブレ―キ６１を撹拌用モ―タ５の前端側に設けた場合にも、撹拌用モ―タ５の後部側に余裕ができて後部が有効に利用でき、且つ他の部材例えばボ―ルねじ１６やボ―ルナット９等の配設も容易となる。

図１において、撹拌用モ―タ５の前端側には撹拌用モ―タ５の配線接続部７１が配置されている。

このように撹拌用モ―タ５の配線接続部７１を撹拌用モ―タ５の前端側に設けた場合にも、撹拌用モ―タ５の後部側に余裕ができて後部が有効に利用でき、且つ他の部材例えばボ―ルねじ１６やボ―ルナット９等の配設も容易となる。

図１は本発明に係る摩擦撹拌接合装置の概略構成説明図である。 図２はその平面の概略構成説明図である。 図３は本発明に係る摩擦撹拌接合装置の使用例の説明図である。 図４も本発明に係る摩擦撹拌接合装置の使用例の説明図である。 図５も本発明に係る摩擦撹拌接合装置の使用例の説明図である。 図６は本発明に係る摩擦撹拌接合装置の別の実施例の概略構成説明図である。 図７はそのＡ―Ａ矢視図である。

符号の説明

３ 筐体
４ 押圧用モ―タ
５ 撹拌用モ―タ
６ 撹拌用モ―タの出力軸
７ ピン
８ 接合ツ―ル
９ ボ―ルナット
１１ 直動ガイド
１２ ガイドレ―ル
１６ ボ―ルねじ
１７ 穴
３１，３２ トラニオン軸
５１ 位置検出器
６１ 電磁ブレ―キ
７１ 配線接続部

Claims (7)

1. ピンの回転による摩擦熱で被接合物を軟化，撹拌して接合する装置であって、撹拌用モ―タと先端に前記ピンを有し後端が前記撹拌用モ―タの出力軸側に接続された接合ツ―ルとを同一軸線上に配置し、接合ツ―ルを被接合物に対して傾斜させた摩擦撹拌接合装置において、押圧用モ―タによって撹拌用モ―タを直動ガイドでガイドさせて前後進するようにし、該撹拌用モ―タを収容する筐体内にガイドレ―ルを配置し、該ガイドレ―ルに沿って移動する前記直動ガイドを前記撹拌用モ―タの後部に撹拌用モ―タの軸線方向に傾斜した角度で固定し、前記接合ツ―ルを直動ガイドのガイド方向に対して角度をもって前後進させるようにしたことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
2. 前記押圧用モ―タによって撹拌用モ―タを直動ガイドでガイドさせて前後進するようにする手段として、直動ガイドを撹拌用モ―タの後部に固定し、且つ撹拌用モ―タの後端側にボ―ルナットを固定すると共に、該撹拌用モ―タの出力軸に後方からボ―ルねじが格納される穴を形成して該穴にボ―ルねじを配置し、筐体に固定された押圧用モ―タの回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。
3. 前記筐体への押圧用モ―タの固定手段および撹拌用モ―タへのボ―ルナットの固定手段にトラニオン軸を用いたことを特徴とする請求項２記載の摩擦撹拌接合装置。
4. 前記押圧用モ―タによって撹拌用モ―タを直動ガイドでガイドさせて前後進するようにする手段として、直動ガイドとボ―ルナットを撹拌用モ―タの後部に固定し、押圧用モ―タからのボ―ルねじを前記ボ―ルナットと螺合させ、押圧用モ―タの回転力を前記ボ―ルねじに伝達し、該ボ―ルねじと螺合するボ―ルナットにより前記撹拌用モ―タを前後進させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。
5. 前記撹拌用モ―タの位置検出器を該撹拌用モ―タの前端側に配置したことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。
6. 前記撹拌用モ―タの電磁ブレ―キを該撹拌用モ―タの前端側に配置したことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。
7. 前記撹拌用モ―タの配線接続部を該撹拌用モ―タの前端側に配置したことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。
   

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