JP2013132683A - Friction stir welding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、長尺板状部材を突合せて接合する、摩擦撹拌接合装置に関する。 The present invention relates to a friction stir welding apparatus that joins long plate-like members together.
摩擦撹拌接合(FSW)は、被接合金属同士を突合わせて固定し、回転する加工ツール(丸棒)を突合せ部に押し付け、被接合金属同士を接合する方法である。摩擦撹拌接合では、回転する加工ツールを突合せ部に押し付けることにより、突合せ部の被接合金属が発熱し、軟化した被接合金属が塑性流動して被接合金属同士が固相接合される。このような摩擦撹拌接合は、特許文献1にあるように、例えば、嵌め合い構造を有する中空材同士の突合せ接合に用いられている。
Friction stir welding (FSW) is a method in which the metal to be bonded is abutted and fixed, and a rotating processing tool (round bar) is pressed against the abutting part to bond the metal to be bonded. In the friction stir welding, when the rotating processing tool is pressed against the abutting portion, the metal to be joined at the abutting portion generates heat, the softened metal to be joined is plastically flowed, and the metals to be joined are solid-phase joined. Such friction stir welding is used, for example, for butt joining of hollow materials having a fitting structure as disclosed in
摩擦撹拌接合では、加工ツールを回転しながら移動させるので、突合せ部の金属が上下に撹拌され、被接合金属の突合せ部をずらすような力が発生する。例えば、特許文献1の中空材同士の摩擦撹拌接合では、中空材の突合せ部である開先を上下左右に開こうとする力が発生する。よって、接合後の開先部分に段差を生じないようにするためには、中空材同士を突合せた後、突合せ部を上下左右から固定しながら摩擦撹拌接合をする必要がある。
In the friction stir welding, since the processing tool is moved while rotating, the metal in the butt portion is stirred up and down, and a force that shifts the butt portion of the metal to be joined is generated. For example, in the friction stir welding between the hollow members disclosed in
突合せ部を固定する装置としては、例えば、特許文献2に、加工ツールの進行方向前方の突き合わせ部を、加圧ローラーで押さえつける装置が記載されている。このような加圧ローラーを用いれば、突合せ部が固定され、接合後の開先部分に段差を生じないようにすることができる。
As an apparatus for fixing the abutting portion, for example,
一方、3本以上の長尺板状部材を、隣り合わせに突き合わせて並べ、その後、複数の突合せ部を順々に接合する場合、長尺板状部材の押さえ位置を突合せ部ごとに変えていたのでは作業効率が悪い。そこで、作業効率を良く接合するには、図5のような押え治具54を用い、ステージ52上に長尺板状部材53を隣り合わせに突合せて並べ、長尺板状部材3の長手方向両端を上面側から押さえつけて一括固定し、その後、加工ツール56aだけを移動して、突合せ部53aを順々に接合すればよいと考えられる。
On the other hand, when three or more long plate-like members are abutted side by side, and then a plurality of abutting portions are joined sequentially, the pressing position of the long plate-like member is changed for each abutting portion. Then work efficiency is bad. Accordingly, in order to join the working efficiency well, a
しかし、図5の押え治具54と、特許文献2の加圧ローラーを併用すると、図6の概略図に示されるように、加圧ローラー67aと加工ツール66aとの間に間隔があるため、長尺板状部材63の端部まで接合を進めると、加工ツール66aが押え治具64に当たる前に、加圧ローラー67aが押え治具64に当たってしまい、接合されない部分(未接合部分63c)が長くなってしまう問題がある。この未接合部分63cは、接合後に切削して捨ててしまうので、長尺板状部材63を有効利用するには、未接合部分63cが小さくなるように接合するのが好ましい。
However, when the
未接合部分63cを小さくするには、以下のような3つの方法が考えられる。
The following three methods are conceivable for reducing the
まずは、図7の装置71のように、押え治具74に複数の切欠き部74aを設ける方法が考えられる。この方法では、押え治具74の突合せ部73aの位置に、加圧ローラー77a以上の幅の切欠き部74aを設け、加圧ローラー77aを切欠き部74aに逃がして移動させることにより、加工ツール76aをより長尺板状部材73の端まで移動させることができ、未接合部分73cを小さくすることができると考えられる。しかしこの方法では、切欠き部74aの間隔と長尺板状部材73の幅とを同じにする必要があり、長尺板状部材73の幅寸法が変わる毎に、新たに押え治具74を設計する必要がある。そして、長尺板状部材73の幅が狭くなると、長尺板状部材73を押える、押え治具74の面積が小さくなってしまい、長尺板状部材73を固定しにくくなるという問題点もある。
First, a method of providing a plurality of
また、図8の装置81のように、押え治具84にテーパーをつけ、加圧ローラー87aを押え治具84上に乗り上げさせる方法も考えられる。この方法でも、加工ツール86aをより長尺板状部材83の端まで移動させることができ、未接合部分83cを小さくすることができると考えられる。しかしこの方法では、押え治具84が加圧ローラー87aの押し付け荷重により変形して、押え治具84が長尺板状部材3を固定する力が緩んでしまう恐れがある。さらに、押え治具84が加圧ローラー87aの押し付け荷重により過度に変形して、押え治具84が破損してしまう恐れもある。
Further, as in the
さらに、加圧ローラーが押え治具に当たる寸前に、加圧ローラーを引き抜いてしまう方法も考えられる。この方法でも、加工ツールをより長尺板状部材の端まで移動させることができ、未接合部分を小さくすることができると考えられる。しかしこの方法では、加圧ローラーを引き抜くタイミングを制御する必要があり、また、加工ツールの主軸負荷を検知し、一定の主軸負荷になるよう、加工ツールの押し付け量を制御する、トルクフィードバック制御を用いた装置に適用すると、加圧ローラーを引き抜いた瞬間に加工ツールの押し付け力が急激に高まり、接合できなくなってしまう可能性が高い。 Furthermore, a method is also conceivable in which the pressure roller is pulled out just before the pressure roller hits the holding jig. Even in this method, it is considered that the processing tool can be moved to the end of the long plate-like member, and the unjoined portion can be reduced. However, in this method, it is necessary to control the timing of pulling out the pressure roller, and torque feedback control is performed to detect the spindle load of the machining tool and control the pressing amount of the machining tool so that the spindle load is constant. When applied to the apparatus used, there is a high possibility that the pressing force of the processing tool increases rapidly at the moment when the pressure roller is pulled out, and it becomes impossible to join.
本発明は、上記問題を解決することが可能な、摩擦撹拌接合装置を提供するものであり、長尺板状部材の長手方向両端を押え治具で固定し、加工ツールの進行方向前方を加圧ローラーで押さえつけながら摩擦撹拌接合する装置であって、未接合部分を容易に小さくできるような、摩擦撹拌接合装置を提供するものである。 The present invention provides a friction stir welding apparatus capable of solving the above-described problems, in which both ends in the longitudinal direction of a long plate-like member are fixed with a holding jig, and the front of the processing tool in the advancing direction is added. The present invention provides a friction stir welding apparatus that performs friction stir welding while pressing with a pressure roller so that an unjoined portion can be easily reduced.
本発明の摩擦撹拌接合装置は、隣り合う長尺板状部材の側面部同士を突き合わせて突合せ部を形成し、摩擦撹拌接合工具である加工ツールを前記長尺板状部材の上面側から前記突合せ部に回転させながら押しつけ、前記加工ツールを前記突合せ部に対して相対移動させて前記長尺板状部材同士を接合する摩擦撹拌装置であって、前記加工ツールと、前記加工ツールの移動方向前方に配されて前記長尺板状部材の前記突合せ部を上面側から加圧する加圧ローラーと、当該加圧ローラーの移動方向前方に配された補助ローラーと、前記長尺板状部材の長手方向両端にあって突き合わされた前記長尺板状部材を上面側から一括して押さえつける押え治具と、当該押え治具近傍に配された乗り上げ治具とを備え、前記加工ツールと前記加圧ローラー、前記補助ローラーが、前記突合せ部に対して一体的に相対移動し、前記加工ツールが前記押え治具に接近した際、前記補助ローラーが前記乗り上げ治具上に乗り上がり、前記加圧ローラーが前記押え治具に接触しないようにして前記押え治具の上方を移動することを特徴としている。 The friction stir welding apparatus according to the present invention forms a butted portion by abutting side surfaces of adjacent long plate-like members, and a working tool that is a friction stir welding tool from the upper surface side of the long plate-like member. A friction stirrer for pressing the processing tool relative to the abutting portion to join the long plate-like members together, the processing tool and the moving direction of the processing tool forward A pressure roller that presses the butted portion of the long plate-shaped member from the upper surface side, an auxiliary roller disposed in front of the pressure roller in the moving direction, and a longitudinal direction of the long plate-shaped member A pressing jig that collectively presses the long plate-like members that are butted against each other from the upper surface side, and a climbing jig that is disposed in the vicinity of the pressing jig, the processing tool and the pressure roller , The auxiliary roller integrally moves relative to the butting portion, and when the processing tool approaches the pressing jig, the auxiliary roller rides on the riding jig, and the pressure roller It is characterized in that it moves above the presser jig so as not to contact the presser jig.
そして、本発明の摩擦撹拌接合装置は、前記長尺板状部材を3本以上隣り合わせて接合することが可能であることも特徴としている。 And the friction stir welding apparatus of the present invention is also characterized in that it is possible to join three or more of the long plate-like members side by side.
また、本発明の摩擦撹拌接合装置では、前記加圧ローラーと前記補助ローラーとが、前記加圧ローラーの加圧方向に一体的に移動可能であるのが好ましく、前記加圧ローラーと前記補助ローラーとが共通の支持部により支持されているのが好ましい。 In the friction stir welding apparatus of the present invention, it is preferable that the pressure roller and the auxiliary roller are integrally movable in the pressure direction of the pressure roller, and the pressure roller and the auxiliary roller Are preferably supported by a common support portion.
さらに、本発明の摩擦撹拌接合装置では、前記補助ローラーの実質的な幅が、前記加圧ローラーの幅より広いほうが好ましい。 Furthermore, in the friction stir welding apparatus of the present invention, it is preferable that the substantial width of the auxiliary roller is wider than the width of the pressure roller.
そして、本発明の摩擦撹拌接合装置は、前記長尺板状部材として押出し中空材を接合するのに用いるのが好ましい。 And it is preferable to use the friction stir welding apparatus of this invention for joining an extrusion hollow material as said elongate plate-shaped member.
本発明の摩擦撹拌接合装置によれば、長尺板状部材の側面同士を突き合わせて接合する際、長尺板状部材の長手方向両端に生じる未接合部分を小さくできる。 According to the friction stir welding apparatus of the present invention, when the side surfaces of the long plate-like member are butted together and joined, the unjoined portions generated at both ends in the longitudinal direction of the long plate-like member can be reduced.
以下、本発明の摩擦撹拌接合装置について、その実施態様を図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the friction stir welding apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本発明の実施態様である、摩擦撹拌接合装置1(以下装置1と略す)を上方から見たときの概略構成図を示す。装置1は、複数の長尺板状部材3が突合せ部3aを形成するよう側面同士を突き合わせて並べられるステージ2と、長尺板状部材3の長手方向両端部を上面側から一括して押さえつける押え治具4と、押え治具4に隣接して配される乗り上げ治具5と、突合せ部3a上を移動する摩擦撹拌加工機6に取付けられ、回転しながら突合せ部3aに押し付けられる加工ツール6aと、加工ツール6aの移動方向前方に配されて突合せ部3aを加圧する加圧ローラー7aと、加圧ローラー7aの移動方向前方に配される補助ローラー7bとを、基本的な構成要素としている。そして、加工ツール6aと加圧ローラー7a、補助ローラー7bが突合せ部3a上を一体的に移動することで、接合部3bが突合せ部3aに形成され、長尺板状部材3同士が接合部3bを介して摩擦撹拌接合される。なお、図1では、摩擦撹拌加工機6の支持加圧機構、加圧ローラー7および補助ローラー8の支持機構については、図示を省略している。
In FIG. 1, the schematic block diagram when the friction stir welding apparatus 1 (henceforth apparatus 1) which is an embodiment of this invention is seen from upper direction is shown. The
図2は、装置1を側方から見た概略構成図である。押え治具4は、長尺板状部材3の端部を上面側から押さえつけ、長尺板状部材3をステージ2に固定するものである。ここで、押え治具4が長尺板状部材3を押さえつける力は、長尺板状部材3に反りがあっても固定でき、かつ、長尺板状部材3の端部が座屈しない程度の力とするのが好ましい。そして、乗り上げ治具は5は、押え治具4に隣接して配され、長尺板状部材3上面から乗り上げ治具5上面までの高さhが、長尺板状部材3上面から押え治具4上面までの高さh’より高くなるように設計される。そして、乗り上げ治具5の端部にはテーパー部5aが設けられ、補助ローラー7bが乗り上げ治具5に乗り上がりやすくしている。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the
押え治具4は、長尺板状部材3を固定するのに十分な強度になるよう設計すればよいが、乗り上げ治具5は、補助ローラー7bが乗り上がった際の衝撃に耐えるように設計する必要がある。従って、乗り上げ治具5は、セラミックスや工具鋼など、硬度が高い材料を加工して作成するか、あるいは、ゴム等の弾性材料を表面に張り付け、補助ローラー7bが乗り上がった際の衝撃がやわらげられるようにするのが好ましい。
The holding
加工ツール6aは、摩擦撹拌加工機6に取付けられて回転し、突合せ部3aに押し付けられ、突合せ部3a上を移動することで、接合部3bを突合せ部3aに形成する。ここで加工ツール6aは、トルクフィードバック制御を用いて、主軸負荷が一定になるように制御されるのが好ましい。トルクフィードバック制御を用いると、長尺板状部材3の上面状態(高さ、平滑性等)が多少バラついていても、突合せ部3a近傍の金属を安定して摩擦撹拌できるようになるので、良好な接合部3bを形成することができ、安定的に長尺板状部材3同士を摩擦撹拌接合することが可能になる。
The
摩擦撹拌加工機6の移動方向前方には、加圧ローラー7aと補助ローラー7bを備えた、ローラーユニット7が取り付けられている。ローラーユニット7は、摩擦撹拌加工機6に対して取り外し可能であり、従来の摩擦撹拌加工機に取付けることもできる。
A
加圧ローラー7aは、加工ツール6aの移動方向前方に配されていて、支持部7cを介してシリンダー7dに支持され、そのシリンダー7dは、ガイド7eを介して摩擦撹拌加工機6に取付けられている。従って、加圧ローラー7aは、シリンダー7dが支持部7cを押し下げる力により、突合せ部3aを上方から加圧することができる。加圧ローラー7aは、約1000〜10000Nの荷重で突合せ部3aを加圧するのが好ましく、荷重に耐え得る材料、例えば、工具鋼などで作成した加圧ローラー7aとするのが好ましい。そして、加圧ローラー7aは、突合せ部3aとの接触面積を小さくした方が単位接触面積当たりの荷重が高くなり、突合せ部をより強固に固定することができる。従って、加圧ローラー7aは、走行が不安定にならない程度に、幅が狭い加圧ローラー7aとするのが好ましい。
The
補助ローラー7bは、加圧ローラー7aの移動方向前方に配されて、支持部7cに支持されている。そして、補助ローラー7bの下端が押え治具4に接触しないよう、補助ローラー7bの下端が加圧ローラー7aの下端より高く配置され、その高さは、押え治具4の厚みよりも高く設定される。
The
加圧ローラー7aと補助ローラー7bは、シリンダー7dに接続する共通の支持部7cにより支持され、支持部7cはシリンダー7dにより常に上方から押さえつけられている。そして、加圧ローラー7aと補助ローラー7bは、共通する支持部7cにより支持されているので、加圧ローラー7aと補助ローラー7bは、加圧ローラー7aが加圧する方向に一体的に移動する。従って、補助ローラー7bが乗り上げ治具5に乗り上がって上方に移動すると、加圧ローラー7aも、補助ローラー7bおよび支持部7cとともに一体的に移動し、突合せ部3aから上方に離れた状態となる。
The
ここで、補助ローラー7bは、乗り上げ治具5に乗り上がった際に受ける衝撃で損傷しにくい構造にするのが好ましく、幅が広い補助ローラー7bにするのが好ましい。上述のように、加圧ローラー7aは幅が狭いほうが好ましいことを踏まえると、補助ローラー7bは加圧ローラー7aよりも相対的に幅が広いほうが好ましいものである。さらに、補助ローラー7bは、複数に分割されたローラーにして、実質的に加圧ローラー7aよりも幅が広い補助ローラー7bにしてもよい。さらに、補助ローラー7bの外周にゴム等の弾性材料を張り付け、乗り上げ治具5に乗り上がった際に受ける衝撃が小さくなるような構造にしてもよい。
Here, it is preferable that the
図2の装置1は、長尺板状部材3を平坦なステージ2上に固定する装置であるが、図3のように、敷板2aをステージ2上に設け、長尺板状部材3を上方に湾曲させて固定するほうが好ましい。
The
長尺板状部材3を上方に湾曲させると、引張応力が長尺板状部材3の長手方向に付与されるので、接合後の長尺板状部材3が下方に湾曲しにくくなり、接合による長手方向の反りを小さくすることができる。また、長尺板状部材3を多数並べて接合する場合、並べ方向についても材料が収縮して反りが発生しやすくなるが、長尺板状部材3を上方に湾曲させると、長尺板状部材3は並べ方向にも湾曲しにくくなり、長尺板状部材3を多数並べて接合しても、並べ方向の反りも小さくすることができる。
When the long plate-
また、長尺板状部材3が長い場合、両端を押え治具4で固定しただけでは、長尺板状部材3の長手方向中央付近を強くステージ2に押し付けることが難しく、長手方向中央付近では押し付け力が弱くなって突合せ部3aにズレが生じやすくなり、接合後に段差が生じるなどの接合欠陥が発生しやすくなる問題がある。長尺板状部材3を上方に湾曲させると、長尺板状部材3の長手方向中央付近は敷板2aに押し付けられて強く固定されるようになり、突合せ部3aにズレが生じにくくなって接合後に段差が生じるなどの接合欠陥の発生を抑制できるようになる。
Further, when the long plate-
図3のような固定方法は、突合せ部3aに段差が生じやすい材料、すなわち、板厚方向の押えが効きにくく変形しやすい材料の接合に有効な固定方法であり、特に、アルミニウム等の押し出し中空材を摩擦撹拌接合するのには有効である。
The fixing method as shown in FIG. 3 is an effective fixing method for joining a material in which a level difference is likely to occur in the abutting
図4の側方から見た模式図を用いて、長尺板状部材3の長手方向端部における、加圧ローラー7aと補助ローラー7bの動きについて説明する。
The movement of the
(a)の図は、加工ツール6a、加圧ローラー7a、補助ローラー7bが、突合せ部3a上を移動して、長尺板状部材3の長手方向端部に接近しつつある状態を示したものである。加圧ローラー7aは、加工ツール6aの移動方向前方の突合せ部3aを上方から加圧し、加工ツール6aは、回転しながら突合せ部3aに押し付けられ、接合部3bを形成する。この状態において、補助ローラー7bは、長尺板状部材3の上面および押え治具4の上方を、押え治具4に接触しないような位置関係で、摩擦撹拌加工機6と一体となって移動する。
The figure of (a) showed the state in which the
加工ツール6aが移動して、(b)の図の状態になると、補助ローラー7bは、乗り合げ治具5に接触する。この時点において、加圧ローラー7aは、突合せ部3bを上方から加圧した状態を維持し、加工ツール6aも、突合せ部3aに押し付けられた状態を維持している。
When the
加工ツール6aがさらに移動して、(c)の図の状態になると、補助ローラー7bは、テーパー5aを加圧しながら乗り上げ治具5に乗り上げて上方に移動する。加圧ローラー7aは、補助ローラー7bとともに支持部7cに接続しているので、補助ローラー7bと共に加工ローラー7aも上方に移動し、押え治具4の上方を押え治具4に接触しないようにして移動する。なお、この状態において、補助ローラー7bがテーパー5aに乗り上がるのと同時に、加圧ローラー7aが上方に移動するので、加工ツール6aが突合せ部3aを押し付け力は急激に変化することがない。従って、本装置にトルクフィードバック制御を適用させても、接合できなくなる問題は発生しない。
When the
最後に、加工ツール6aがさらに移動し、(d)の図の状態のように、加工ツール6aが、押え治具4の端部に達して接合が完了する。このように、装置1を用いると、未接合部分3cの長さLは、図6の装置61の未接合部分63cの長さL’よりも短くすることができる。
Finally, the
上記のような摩擦撹拌装置は、長尺板状部材の幅によらず、長尺板状部材を突合せて固定することができ、接合中、加圧ローラーが押え治具を強く加圧することがないので、押え治具の押えが緩むことがない。さらに、長尺板状部材の端部において、加工ツールの押し付け力が急激に変わることがないので、トルクフィードバック制御の装置にも適用可能であり、従来技術が問題とした点を解消することができる。 The friction stirrer as described above can butt and fix the long plate-like member regardless of the width of the long plate-like member, and the pressure roller strongly presses the holding jig during joining. Since there is no, the presser foot of the presser jig will not loosen. Furthermore, since the pressing force of the processing tool does not change abruptly at the end of the long plate-like member, it can also be applied to a torque feedback control device, which eliminates the problem of the conventional technology. it can.
1,51,61,71,81:摩擦撹拌接合装置
2,52,62,72,82:ステージ
2a:敷板
3,53,63,73,83:長尺板状部材
3a,53a,73a:突合せ部
3b,83b:接合部
3c,63c,83c:未接合部分
4,54,64,74,84:押え治具
74a:切欠き部
5:乗り上げ治具
5a:テーパー
6:摩擦撹拌加工機
6a,56a,66a,76a,86a:加工ツール
7:ローラーユニット
7a,67a,77a,87a:加圧ローラー
7b:補助ローラー
7c:支持部
7d:シリンダー
7e:ガイド
L,L’,L’’:未接合部分
1, 51, 61, 71, 81: Friction
突合せ部を固定する装置としては、例えば、特許文献2に、加工ツールの進行方向前方
の突合せ部を、加圧ローラーで押さえつける装置が記載されている。このような加圧ロー
ラーを用いれば、突合せ部が固定され、接合後の開先部分に段差を生じないようにするこ
とができる。
As an apparatus for fixing the butt portion, for example,
本発明の摩擦撹拌接合装置は、隣り合う長尺板状部材の側面部同士を突き合わせて突合
せ部を形成し、摩擦撹拌接合工具である加工ツールを前記長尺板状部材の上面側から前記
突合せ部に回転させながら押しつけ、前記加工ツールを前記突合せ部に対して相対移動さ
せて前記長尺板状部材同士を接合する摩擦撹拌装置であって、前記加工ツールと、前記加
工ツールの移動方向前方に配されて前記長尺板状部材の前記突合せ部を上面側から加圧す
る加圧ローラーと、当該加圧ローラーの移動方向前方に配された補助ローラーと、前記長
尺板状部材の長手方向両端にあって突き合わされた前記長尺板状部材を上面側から一括し
て押さえつける押え治具と、当該押え治具近傍に配された乗り上げ治具とを備え、前記加
工ツールと前記加圧ローラーと前記補助ローラーとが、前記突合せ部に対して一体的に相
対移動し、前記加工ツールが前記押え治具に接近した際、前記補助ローラーが前記乗り上
げ治具上に乗り上がり、前記加圧ローラーが前記押え治具に接触しないようにして前記押
え治具の上方を移動することを特徴としている。
The friction stir welding apparatus according to the present invention forms a butted portion by abutting side surfaces of adjacent long plate-like members, and a working tool that is a friction stir welding tool from the upper surface side of the long plate-like member. A friction stirrer for pressing the processing tool relative to the abutting portion to join the long plate-like members together, the processing tool and the moving direction of the processing tool forward A pressure roller that presses the butted portion of the long plate-shaped member from the upper surface side, an auxiliary roller disposed in front of the pressure roller in the moving direction, and a longitudinal direction of the long plate-shaped member A pressing jig that collectively presses the long plate-like members that are butted against each other from the upper surface side, and a climbing jig that is disposed in the vicinity of the pressing jig, the processing tool and the pressure roller and Serial auxiliary roller, relative movement integrally with the abutting portions, when the machining tool approaches the presser jig, rides in the auxiliary rollers the riding jig on, the pressure roller It is characterized by moving above the presser jig so as not to contact the presser jig.
また、本発明の摩擦撹拌接合装置では、前記加圧ローラーと前記補助ローラーとが、前
記加圧ローラーの加圧方向に一体的に移動可能であるのが好ましく、前記加圧ローラーと
前記補助ローラーとが、共通の支持部により支持されているのが好ましい。
In the friction stir welding apparatus of the present invention, it is preferable that the pressure roller and the auxiliary roller are integrally movable in the pressure direction of the pressure roller, and the pressure roller and the auxiliary roller Are preferably supported by a common support portion.
図1に、本発明の実施態様である、摩擦撹拌接合装置1(以下装置1と略す)を上方か
ら見たときの概略構成図を示す。装置1は、複数の長尺板状部材3が突合せ部3aを形成
するよう側面同士を突き合わせて並べられるステージ2と、長尺板状部材3の長手方向両
端部を上面側から一括して押さえつける押え治具4と、押え治具4に隣接して配される乗
り上げ治具5と、突合せ部3a上を移動する摩擦撹拌加工機6に取付けられ、回転しなが
ら突合せ部3aに押し付けられる加工ツール6aと、加工ツール6aの移動方向前方に配
されて突合せ部3aを加圧する加圧ローラー7aと、加圧ローラー7aの移動方向前方に
配される補助ローラー7bとを、基本的な構成要素としている。そして、加工ツール6a
と加圧ローラー7a、補助ローラー7bが突合せ部3a上を一体的に移動することで、接
合部3bが突合せ部3aに形成され、長尺板状部材3同士が接合部3bを介して摩擦撹拌
接合される。なお、図1では、摩擦撹拌加工機6の支持加圧機構、加圧ローラー7aおよ
び補助ローラー7bの支持機構については、図示を省略している。
In FIG. 1, the schematic block diagram when the friction stir welding apparatus 1 (henceforth apparatus 1) which is an embodiment of this invention is seen from upper direction is shown. The
And the
押え治具4は、長尺板状部材3を固定するのに十分な強度になるよう設計すればよいが
、乗り上げ治具5は、補助ローラー7bが乗り上がった際の衝撃に耐えるように設計する
必要がある。従って、乗り上げ治具5は、セラミックスや工具鋼など、硬度が高い材料を
加工して作成するか、あるいは、ゴム等の弾性材料を表面に貼り付け、補助ローラー7b
が乗り上がった際に受ける衝撃が小さくなるような構造にするのが好ましい。
The holding
Preferably structured so that the impact is reduced to receive when is riding.
摩擦撹拌加工機6の移動方向前方には、加圧ローラー7aと補助ローラー7bを備えた
、ローラーユニット7が取り付けられている。ローラーユニット7は、摩擦撹拌加工機6
から取り外し可能であり、従来の摩擦撹拌加工機に取付けることもできる。
A
And can be attached to a conventional friction stir processing machine.
加圧ローラー7aは、加工ツール6aの移動方向前方に配されていて、支持部7cを介
してシリンダー7dに支持され、そのシリンダー7dは、ガイド7eを介して摩擦撹拌加
工機6に取付けられている。従って、加圧ローラー7aは、シリンダー7dが支持部7c
を押し下げる力により、突合せ部3aを上方から加圧することができる。加圧ローラー7
aは、約1000〜10000Nの荷重で突合せ部3aを加圧するのが好ましく、荷重に
耐え得る材料、例えば、工具鋼などで製作するのが好ましい。そして、加圧ローラー7a
は、突合せ部3aとの接触面積を小さくした方が単位接触面積当たりの荷重が高くなり、
突合せ部をより強固に固定することができる。従って、加圧ローラー7aは、走行が不安
定にならない程度に、幅を狭くするのが好ましい。
The
The abutting
It is preferable to press the
The load per unit contact area becomes higher when the contact area with the
The butt portion can be more firmly fixed. Thus,
ここで、補助ローラー7bは、乗り上げ治具5に乗り上がった際に受ける衝撃で損傷し
にくい構造にするのが好ましく、幅を広くするのが好ましい。上述のように、加圧ローラ
ー7aは幅が狭いほうが好ましいことを踏まえると、補助ローラー7bは加圧ローラー7
aよりも相対的に幅が広いほうが好ましいものである。さらに、補助ローラー7bは、複
数に分割されたローラーにして、実質的に加圧ローラー7aよりも幅を広くしてもよい。
さらに、補助ローラー7bの外周にゴム等の弾性材料を貼り付け、乗り上げ治具5に乗り
上がった際に受ける衝撃が小さくなるような構造にしてもよい。
Here, the
It is preferable that the width is relatively wider than a. Further, the
Further, an elastic material such as rubber may be attached to the outer periphery of the
長尺板状部材3を上方に湾曲させると、引張応力が長尺板状部材3の長手方向に付与さ
れるので、接合後の長尺板状部材3が下方に湾曲しにくくなり、接合による長手方向の反
りを小さくすることができる。また、長尺板状部材3を多数並べて接合する場合、並べ方
向についても材料が収縮して反りが発生しやすくなるが、長尺板状部材3を上方に湾曲さ
せると、長尺板状部材3は並べた方向にも湾曲しにくくなり、長尺板状部材3を多数並べ
て接合しても、並べた方向の反りも小さくすることができる。
When the long plate-
図4(a)の図は、加工ツール6a、加圧ローラー7a、補助ローラー7bが、突合せ
部3a上を移動して、長尺板状部材3の長手方向端部に接近しつつある状態を示したもの
である。加圧ローラー7aは、加工ツール6aの移動方向前方の突合せ部3aを上方から
加圧し、加工ツール6aは、回転しながら突合せ部3aに押し付けられ、接合部3bを形
成する。この状態において、補助ローラー7bは、長尺板状部材3の上面および押え治具
4の上方を、押え治具4に接触しないような位置関係で、摩擦撹拌加工機6と一体となっ
て移動する。
4A shows a state in which the
加工ツール6aが移動して、図4(b)の図の状態になると、補助ローラー7bは、乗
り合げ治具5に接触する。この時点において、加圧ローラー7aは、突合せ部3bを上方
から加圧した状態を維持し、加工ツール6aも、突合せ部3aに押し付けられた状態を維
持している。
加工ツール6aがさらに移動して、図4(c)の図の状態になると、補助ローラー7b
は、テーパー5aを加圧しながら乗り上げ治具5に乗り上げて上方に移動する。加圧ロー
ラー7aは、補助ローラー7bとともに支持部7cに接続しているので、補助ローラー7
bと共に加工ローラー7aも上方に移動し、押え治具4の上方を押え治具4に接触しない
ようにして移動する。なお、この状態において、補助ローラー7bがテーパー5aに乗り
上がるのと同時に、加圧ローラー7aが上方に移動するので、加工ツール6aが突合せ部
3aを押し付ける力は急激に変化することがない。従って、本装置にトルクフィードバッ
ク制御を適用させても、長尺板状部材3どうしが接合できなくなる問題は発生しない。
Moves on the riding
The
最後に、加工ツール6aがさらに移動し、図4(d)の図の状態のように、加工ツール
6aが、押え治具4の端部に達して接合が完了する。このように、装置1を用いると、未
接合部分3cの長さLは、図6に示す従来技術の装置61の未接合部分63cの長さL’
よりも短くすることができ、長尺板状部材を有効利用することができる。
Finally, the
The long plate-like member can be effectively used .
さらには、上記のような摩擦撹拌装置は、長尺板状部材の幅によらず、長尺板状部材を
突き合わせて固定することができ、接合中、加圧ローラーが押え治具を強く加圧すること
がないので、押え治具が加圧により破損することがなく、押え治具の押えが緩むこともな
い。さらに、長尺板状部材の端部において、加工ツールの押し付け力が急激に変わること
がないので、トルクフィードバック制御が付加された摩擦撹拌接合装置にも適用可能であ
り、従来技術で問題となっていた点を解消することができる。
Further, the friction stirrer as described above is not limited to the width of the long plate-like member, but the long plate-like member is used.
Butt can be fixed, in the bonding, since no pressurizing strongly jig pressure roller pressing, without pressing jig may be damaged by the pressure, it is also possible pressing of the pressing jig loosening <br/> Yes. Furthermore, at the end of the elongated plate-shaped member since the pressing force of the machining tool does not vary abruptly, is also applicable to friction stir welding apparatus torque feedback control is added, a problem in the prior art it is possible to eliminate the point was Tei.
Claims (6)
前記加工ツールと、前記加工ツールの移動方向前方に配されて前記長尺板状部材の前記突合せ部を上面側から加圧する加圧ローラーと、当該加圧ローラーの移動方向前方に配された補助ローラーと、前記長尺板状部材の長手方向両端にあって突き合わされた前記長尺板状部材を上面側から一括して押さえつける押え治具と、当該押え治具近傍に配された乗り上げ治具とを備え、
前記加工ツールと前記加圧ローラー、前記補助ローラーが、前記突合せ部に対して一体的に相対移動し、前記加工ツールが前記押え治具に接近した際、前記補助ローラーが前記乗り上げ治具上に乗り上がり、前記加圧ローラーが前記押え治具に接触しないようにして前記押え治具上を移動することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 The side surfaces of adjacent long plate-like members are butted together to form a butt portion, and a processing tool that is a friction stir welding tool is pressed against the butt portion while rotating from the upper surface side of the long plate-like member, In the friction stirrer for joining the long plate members by moving the tool relative to the butting portion,
The processing tool, a pressure roller that is disposed in front of the processing tool in the movement direction and presses the butted portion of the long plate-shaped member from the upper surface side, and an auxiliary that is disposed in front of the pressure roller in the movement direction A roller, a pressing jig that collectively presses the long plate-like member that is abutted at both ends in the longitudinal direction of the long plate-like member from the upper surface side, and a climbing jig that is disposed in the vicinity of the pressing jig And
The processing tool, the pressure roller, and the auxiliary roller integrally move relative to the abutting portion, and when the processing tool approaches the presser jig, the auxiliary roller is placed on the climbing jig. A friction stir welding apparatus, wherein the friction stir welding apparatus moves on the presser jig so as not to come into contact with the presser jig.
The friction stir welding apparatus according to any one of claims 1 to 5, wherein an extruded hollow member is joined as the long plate-like member.
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