JP2007268667A

JP2007268667A - アダプタ、アダプタの冷却方法及び摩擦撹拌接合方法

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Publication number: JP2007268667A
Application number: JP2006098476A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Genji; 一夫玄地; Takeshi Ishikawa; 武石川
Original assignee: Tokyu Car Corp
Current assignee: Tokyu Car Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-03-31
Also published as: JP4861038B2

Abstract

【課題】加工機への熱影響を防止すること、製造を容易とすること、工具の劣化の虞を無くすこと、汎用ホルダを使用することを可能とするアダプタ、このアダプタの冷却方法及び摩擦撹拌接合方法を提供する。
【解決手段】工具２を用いて接合又は加工を行う加工機に対し用いられ、一端側１ｂが工具２を着脱可能に取り付け可能とされ、他端側１ｃが加工機のホルダ３に着脱可能に取り付け可能とされ、工具２側から加工機のホルダ３側に伝わる熱を冷却するためのアダプタ１を提供する。このアダプタ１は、工具２より大きく工具２を冷却する場合に比して冷却効率を高めることが可能であり、且つ、工具２より大きく製造が容易であり、且つ、ホルダ３と工具２との間で熱を冷却するためのものであるから、工具２側に熱がこもることが無いと共に汎用ホルダ３の使用を可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、アダプタ、アダプタの冷却方法及び摩擦撹拌接合方法に関する。

先端に突起のある工具を加工機のホルダに装着し当該工具を回転させながら、接合対象となる材料の突き合わせ部に押し当て、摩擦熱によって塑性流動化した材料を撹拌し同化させて接合する摩擦撹拌接合方法が知られている。このような摩擦撹拌接合方法にあっては、接合対象として例えば鉄系材料やチタン合金等の高融点材料を用いると、工具周りの温度が例えば１０００〜１２００°Ｃ程度となり、この熱が工具側から加工機のホルダ側に伝わり、加工機が傷む等の悪影響を及ぼす場合がある。

ここで、加工機で生じる熱の冷却又は放熱或いは熱の伝幡の抑制の技術が以下の各特許文献に種々提案されている。特許文献１には、加工機のスピンドルに対して冷媒を流す技術が開示されている。また、特許文献２には、工具内に冷媒を流す技術や、工具に霧状の冷却剤を噴霧する技術が開示されている。また、特許文献３には、工具の外周にフィンを設けた技術が開示されている。また、特許文献４には、スピンドルに装着されるホルダの外周に断熱用の溝を設けた技術が開示されている。また、特許文献５には、工具を装着するホルダ内に冷媒を流す技術が開示されている。
特開２００１−２０５４５９号公報特開平１０−５２７７０号公報特開２００２−１５３９７７号公報特開２００１−３００８２８号公報特開２００２−０９６２４１号公報

しかしながら、特許文献１のスピンドルに対して冷媒を流す技術は、接合対象を例えばアルミニウム等の低融点材料をとした場合には加工機本体に対する熱の影響は少なく、従って、ランニングコスト低減のために冷媒を流さないことが求められるが、冷媒を流さないとベアリングやパッキン等の部品が工具側の熱のために傷む虞があると共に、冷媒を導通しないスピンドル筐体への交換は現実的ではない。

また、特許文献２の工具に冷媒を流す技術は、工具が小さいため、冷却効率が悪く、且つ、小さい工具内に冷媒を流す通路を設ける必要があるため、製造が難しい。また、特許文献２の工具に霧状の冷却剤を噴霧する技術は、工具が小さいため、冷却効率が悪い。

また、特許文献３の工具の外周にフィンを設ける技術は、工具が小さいため、冷却効率が悪く、且つ、製造が難しい。

また、特許文献４のホルダのテーパー状の外周に断熱用の溝を設ける技術は、工具側に熱がこもり、工具が劣化する虞がある。また、スピンドルとホルダとの間の接触部の面圧が高くなるという問題もある。

また、特許文献５のホルダ内に冷媒を流す技術にあっては、接合対象を例えばアルミニウム等の低融点材料をとした場合には、加工機本体に対する熱の影響は少なく、従って、ランニングコスト低減のために冷媒を流さないことが求められるが、このように冷媒を流さないと、ホルダ側に設けたベアリングやパッキン等の部品が、工具側の熱のために傷む虞がある。従って、このような部品が設けられていない汎用ホルダとの交換が必要となるが、ホルダは重く且つスピンドルの中に嵌り込んでいる／嵌め込む必要があり、交換時の作業性が悪いという問題がある。

上記各種問題は、高融点材料に対して摩擦撹拌接合を行う場合に特に顕著であるが、機械加工を行う場合にも同様に生じる虞がある。

本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、工具とホルダとの間に設けられるものであり、接合又は加工時の加工機への熱影響を防止することが可能であり、且つ、製造が容易であり、且つ、工具の劣化の虞を無くすことが可能であり、且つ、汎用ホルダの使用を可能とするアダプタ、このアダプタの冷却方法及び摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とする。

本発明によるアダプタは、工具を用いて接合又は加工を行う加工機に対し用いられ、一端側が工具を着脱可能に取り付け可能とされ、他端側が加工機のホルダに着脱可能に取り付け可能とされ、工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱を冷却するためのアダプタである。

このような本発明によれば、アダプタが工具とホルダとの間に取り付けられ、当該アダプタにより工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱が冷却される。このアダプタは工具を装着するものであるから工具より大きく、このアダプタにより熱が冷却されるため、工具を冷却する場合に比して冷却効率を高めることが可能とされ、接合又は加工時の加工機への熱影響を防止することが可能とされる。また、このように工具より大きいため、製造が容易とされる。また、このようにホルダと工具との間のアダプタにより熱が冷却されるため、工具側に熱がこもることが無く工具の劣化の虞を無くすことが可能とされると共に汎用ホルダの使用が可能とされる。なお、アダプタはホルダに装着されるものであるからホルダより小さくて軽く、且つ、ホルダに対する着脱は容易であるため、このアダプタを交換する場合の作業性は良好とされる。

ここで、アダプタは、工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱を冷却するための冷却手段を備えているのが好ましい。

この冷却手段としては種々挙げられるが、具体的には、放熱フィンを備える構成が好ましい。このような構成を採用した場合、加工機による接合又は加工時にあって、放熱フィンによる放熱及び放熱フィンの回転による空気流の形成によって、工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱が効果的に冷却される。

また、冷却手段としては、冷媒を流すための通路を備える構成も挙げられる。このような構成を採用した場合、加工機による接合又は加工時にあって、通路に冷媒を流すことで、工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱が効果的に冷却される。ここで、回転側である冷媒を流す通路と固定側である冷媒源側との接続には、スイベルジョイントを採用するのが好ましい。

また、本発明によるアダプタの冷却方法は、上記アダプタを用い、アダプタの一端側に工具を装着すると共にアダプタの他端側をホルダに装着して加工機による接合又は加工を行う際に、アダプタに冷媒を吹き付け、工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱を冷却することを特徴としている。

このようなアダプタの冷却方法によれば、アダプタに冷媒が吹き付けられて工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱が冷却される。このアダプタは、前述のように、工具より大きいため、工具に霧状の冷却剤を噴霧する従来技術に比して冷却効率が高く、接合又は加工時の加工機への熱影響が効果的に防止されると共に、ホルダと工具との間のアダプタにより熱が冷却されるため、工具側に熱がこもることが無く工具の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダの使用が可能とされる。

また、本発明による摩擦撹拌接合方法は、上記アダプタを用い、アダプタの一端側に工具を装着すると共にアダプタの他端側をホルダに装着して加工機により摩擦撹拌接合を行うことを特徴としている。

このような摩擦撹拌接合方法によれば、加工機への熱影響が防止されると共に工具の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダの使用が可能とされる摩擦撹拌接合を行うことができる。

このように本発明のアダプタによれば、接合又は加工時の加工機への熱影響を防止することが可能となり、且つ、製造が容易であり、且つ、工具の劣化の虞を無くすことが可能となり、且つ、汎用ホルダの使用が可能となる。また、本発明によれば、加工機への熱影響を防止できると共に工具の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダの使用を可能とするアダプタの冷却方法、摩擦撹拌接合方法を提供できる。

以下、本発明によるアダプタ、アダプタの冷却方法及び摩擦撹拌接合方法の好適な実施形態について図１〜図４を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、本発明の第一実施形態に係るアダプタに工具を装着し当該アダプタをホルダに装着した状態を示す斜視図、図２は、図１の分解斜視図であり、本実施形態のアダプタは、摩擦撹拌接合を行う加工機に対し用いられるものであり、接合対象を例えば鉄系材料やチタン合金等の高融点材料とした場合に特に有効なものである。

図２に示すように、アダプタ１は、略段付円柱状に構成され、軸線方向中央部の大径部１ａ、この大径部１ａより図示下側（一端側）の中径部１ｂ、大径部１ａより図示上側（他端側）の小径部１ｃを備えている。

大径部１ａ及び中径部１ｂには、当該中径部１ｂの端面から開口される装着孔（不図示）が工具（ツール）２を着脱可能に装着するためのものとして設けられている。また、小径部１ｃは、摩擦撹拌接合を行う加工機に取り付けられたミーリングチャック等の汎用ホルダ３に対して、着脱可能に装着するためのものとして設けられている。

大径部１ａ及び中径部１ｂの外周面には、円環状の放熱フィン１ｄが多数軸線方向に離間して並設するように設けられている。この放熱フィン１ｄは、工具２側からホルダ３側に伝わる熱を冷却するための冷却手段を構成するものである。

そして、加工機により摩擦撹拌接合を行う際には、図１に示すように、工具２がアダプタ１の装着孔に挿入されてアダプタ１に着脱可能に取り付けられると共に、アダプタ１がホルダ３に設けられた装着孔３ａ（図２参照）に挿入されてホルダ３に着脱可能に取り付けられる。

従って、摩擦撹拌接合時にあっては、放熱フィン１ｄによる放熱が行われると共に放熱フィン１ｄの回転により空気流が形成され、工具２側からホルダ３側に伝わる熱が効果的に冷却される。

このように、アダプタ１は工具２を装着するものであるから工具２より大きく、このアダプタ１に設けられた放熱フィン１ｄにより熱が冷却されるため、工具２に放熱フィンや冷媒通路を設けて冷却する従来技術に比して冷却効率が高められ、摩擦撹拌接合時の加工機への熱影響が防止される。また、このようにアダプタ１は工具２より大きいため、工具２に放熱フィンや冷媒通路を設けて冷却する従来技術に比して製造が容易とされる。また、このようにホルダ３と工具２との間のアダプタ１により熱が冷却されるため、工具２側に熱がこもることが無く工具２の劣化の虞が無いと共に汎用ホルダ３の使用が可能とされている。また、従来技術で述べた面圧の問題も無くされている。

従って、本発明の摩擦撹拌接合方法によれば、加工機への熱影響が防止されると共に工具２の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダ３の使用が可能とされている。

図３は、本発明の第二実施形態に係るアダプタに工具を装着しホルダと共に示す分解斜視図である。この第二実施形態のアダプタ１１が第一実施形態のアダプタ１と違う点は、円環状の放熱フィン１ｄに代えて平板状の放熱フィン１１ｄを用いた点である。この放熱フィン１１ｄは、軸線方向に延びる矩形状の平板であり、大径部１ａ及び中径部１ｂの外周面に対して、周方向に多数が離間して並設するように設けられている。

このような第二実施形態にあっても、第一実施形態と同様な作用・効果を奏するというのはいうまでもない。

図４は、本発明の第三実施形態に係るアダプタに工具を装着しホルダと共に示す分解斜視図である。この第三実施形態のアダプタ２１が第二実施形態のアダプタ１１と違う点は、大径部１ａの外周面の平板状の放熱フィン１１ｄに代えて、螺旋状の放熱フィン２１ｄを周方向に多数が離間して並設するように設けた点である。

このような第三実施形態にあっても、第二実施形態と同様な作用・効果を奏するというのはいうまでもない。

以上、本発明をその実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、上記実施形態においては、特に効果的であるとして、アダプタ１，１１，２１を、加工機による摩擦撹拌接合に適用する例を述べているが、例えば、旋削、研削、切削等の加工機による加工に対しても適用可能である。

また、上記実施形態においては、工具２側から加工機のホルダ３側に伝わる熱を冷却するための冷却手段として、特に効果的であるとして、放熱フィン１ｄ，１１ｄ，２１ｄを備える構成を挙げているが、冷媒を流すための通路を備える構成としても良い。この冷媒とは冷却水等の冷却液体や冷却気体等である。このような冷媒を流すための通路を備えているアダプタにあっても、アダプタは工具２を装着するものであるから工具２より大きく、このアダプタに設けられた冷媒通路に冷媒を流すことにより熱が冷却されるため、工具に放熱フィンや冷媒通路を設けて冷却する従来技術に比して冷却効率が高められ、接合又は加工時の加工機への熱影響が防止される。また、このようにアダプタは工具２より大きいため、工具２に放熱フィンや冷媒通路を設けて冷却する従来技術に比して製造が容易とされる。また、このようにホルダ３と工具２との間のアダプタにより熱が冷却されるため、工具２側に熱がこもることが無く工具２の劣化の虞が無いと共に汎用ホルダ３の使用が可能とされている。また、従来技術で述べた面圧の問題も無くされている。従って、この冷媒通路を有するアダプタを用いた加工機による接合（特に摩擦撹拌接合）又は加工によれば、加工機への熱影響が防止されると共に工具２の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダ３の使用が可能とされる。ここで、回転側である冷媒を流す通路と固定側である冷媒源側との接続には、スイベルジョイントを採用するのが好ましい。この冷媒を流すための通路は、放熱フィン１ｄ，１１ｄ，２１ｄに代えて設けても良く、また、放熱フィン１ｄ，１１ｄ，２１ｄと共に設けても良い。なお、アダプタはホルダ３に装着されるものであるからホルダ３より小さくて軽く、且つ、ホルダ３に対する着脱は容易であるため、このアダプタを交換する場合の作業性は良好である。

また、上記アダプタを用いて加工機による接合又は加工を行う際に、アダプタに冷媒を吹き付け、工具２側から加工機のホルダ３側に伝わる熱を冷却するようにしても良い。このアダプタは、前述のように、工具２より大きいため、工具に霧状の冷却剤を噴霧する従来技術に比して冷却効率が高く、接合又は加工時の加工機への熱影響が効果的に防止されると共に、ホルダ３と工具２との間のアダプタにより熱が冷却されるため、工具２側に熱がこもることが無く工具２の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダ３の使用が可能とされる。このアダプタに対する冷媒の吹き付けは、放熱フィン１ｄ，１１ｄ，２１ｄを有するアダプタ１，１１，２１に対して行っても良く、また、通路に冷媒が流されるアダプタに対して行っても良く、また、放熱フィン１ｄ，１１ｄ，２１ｄを有すると共に通路に冷媒が流されるアダプタに対して行っても良く、また、放熱フィン及び冷媒通路を備えないアダプタに対して行っても良い。

本発明の第一実施形態に係るアダプタに工具を装着し当該アダプタをホルダに装着した状態を示す斜視図である。図１の分解斜視図である。本発明の第二実施形態に係るアダプタに工具を装着しホルダと共に示す分解斜視図である。本発明の第三実施形態に係るアダプタに工具を装着しホルダと共に示す分解斜視図である。

符号の説明

１，１１，２１…アダプタ、１ｂ…一端側、１ｃ…他端側、１ｄ，１１ｄ，２１ｄ…放熱フィン（冷却手段）、２…工具、３…ホルダ。

Claims

工具を用いて接合又は加工を行う加工機に対し用いられ、
一端側が前記工具を着脱可能に取り付け可能とされ、他端側が前記加工機のホルダに着脱可能に取り付け可能とされ、
前記工具側から前記加工機のホルダ側に伝わる熱を冷却するためのアダプタ。
前記工具側から前記加工機のホルダ側に伝わる熱を冷却するための冷却手段を備えることを特徴とする請求項１記載のアダプタ。
前記冷却手段は、放熱フィンを備えることを特徴とする請求項２記載のアダプタ。
前記冷却手段は、冷媒を流すための通路を備えることを特徴とする請求項２記載のアダプタ。
請求項１〜４の何れか一項に記載のアダプタを用い、前記アダプタの一端側に前記工具を装着すると共に前記アダプタの他端側を前記ホルダに装着して前記加工機による接合又は加工を行う際に、
前記アダプタに冷媒を吹き付け、前記工具側から前記加工機のホルダ側に伝わる熱を冷却することを特徴とするアダプタの冷却方法。
請求項１〜４の何れか一項に記載のアダプタを用い、前記アダプタの一端側に前記工具を装着すると共に前記アダプタの他端側を前記ホルダに装着して前記加工機により摩擦撹拌接合を行うことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。