JP2013166159A - 摩擦撹拌接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接合作業の効率に優れるとともに、接合部材が幅広に形成されている場合であっても大掛かりな構造を必要としない摩擦撹拌接合装置を提供すること。
【解決手段】水平に配置された水平部材２２と、該水平部材２２の上に立設された立設部材２４とを突き合わせてなる内隅部２０ａ，２０ｂに対して摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置１であって、立設部材を挟んでその両側に対向して配置された一対の摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂと、内隅部に対して一対の摩擦撹拌接合用工具を押し付ける第１の押圧機構１８ａ，１８ｂと、一対の摩擦撹拌接合用工具を、互いに対向した状態のまま、水平部材と立設部材との突き合わせライン２１ａ，２１ｂに沿って相対移動させる移動機構と、を備え、一対の摩擦撹拌接合用工具は、その固定ショルダー１２ａ，１２ｂは立設部材を挟んで対向する位置にあるが、その撹拌軸１４ａ，１４ｂは摩擦撹拌接合用工具の相対移動方向にずらされた位置にある。
【選択図】図４

Description

本発明は、２つの接合部材を突き合わせてなる内隅部に対して摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置に関する。

２つの接合部材を突き合わせてなる内隅部に対する摩擦撹拌接合法として、特許文献１に開示されている内隅摩擦撹拌接合用プローブ（内隅摩擦撹拌接合用工具）が知られている。この特許文献１の内隅摩擦撹拌接合用プローブは、内隅部の表面と当接する逆二等辺三角形状の押さえブロック（固定ショルダー）と、該押さえブロックの頂角部から突出する撹拌ピン（撹拌軸）とを有している。そして、該撹拌ピンが２つの接合部材の突き合わせ部に挿入された状態で回転し、接合部材の材料が軟化して撹拌されることで、２つの接合部材が固相接合されるようになっている。

また、２つの接合部材を突き合わせてなる内隅部に対する摩擦撹拌接合法として、内隅部の表面に溶接ワイヤを設置し、上述した構成の内隅摩擦撹拌接合用プローブにて２つの接合部材を固相接合するＡｄＳｔｉｒ法と呼ばれる接合方法も公知である。このＡｄＳｔｉｒ法によれば、低熱入化による溶接変形の低減と、疲労強度の向上が図れるとされている。

特開平１１−３２０１２８号公報

ところで、上述したＡｄＳｔｉｒ法などによって内隅部の接合を行う場合、従来は、図５に示したように下向きに接合されていた。すなわち、図５に示したように、水平方向に対して例えば４５度に傾斜した傾斜面を有する基台１４０に、２つの接合部材１２２，１２４をＴ字状に突き合わせた状態で配置し、摩擦撹拌接合用工具１１０を下降させて内隅部１２０ａに押し付けることで接合していた。そして、一方の内隅部１２０ａに対する接合作業が完了した後、接合部材１２２，１２４の向きを反転させて他方の内隅部１２０ｂを上向きにして配置し、同様に摩擦撹拌接合用工具１１０を下降させて内隅部１２０ｂに押し付けることで、内隅部１２０ｂに対する接合作業を行っていた。なお、図５中の符号１１２は固定ショルダー１１２、１１４は撹拌軸１１４、１３２は溶接ワイヤである。

このような従来の接合方法では、一方の内隅部１２０ａを接合した後、接合部材１２２，１２４の向きを反転させてから他方の内隅部１２０ｂを接合しなければならないため、接合作業の効率に劣るものであった。また、図６（ａ）に示したように接合部材１２２ａが幅広に形成されている場合や、図６（ｂ）に示したように幅広の接合部材１２２ｂに複数の接合部材１２４，１２４，１２４を接合する場合には、基台１４０が大掛かりな構造となってしまうとの問題があった。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑みなされた発明であって、内隅部に対して摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置において、接合作業の効率に優れるとともに、接合部材が幅広に形成されている場合であっても大掛かりな構造を必要としない摩擦撹拌接合装置を提供することを目的としている。

本発明は、上述したような従来技術における課題および目的を達成するために発明されたものであって、
本発明の摩擦撹拌接合装置は、
水平に配置された水平部材と、該水平部材上に立設された立設部材とを突き合わせてなる内隅部に対して摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置であって、
前記内隅部の表面と当接する固定ショルダーと、該固定ショルダーから突設されるとともに前記水平部材と立設部材との突き合わせ部に挿入される回転可能な撹拌軸とを有する、前記立設部材を挟んでその両側に対向して配置された一対の摩擦撹拌接合用工具と、
前記立設部材を挟んでその両側に夫々形成された内隅部に対して前記一対の摩擦撹拌接合用工具を押し付ける第１の押圧機構と、
前記一対の摩擦撹拌接合用工具を、互いに対向した状態のまま、前記水平部材と立設部材との突き合わせラインに沿って相対移動させる移動機構と、を備え、
前記立設部材を挟んでその両側に対向して配置された一対の摩擦撹拌接合用工具は、その固定ショルダーは前記立設部材を挟んで対向する位置にあるが、その撹拌軸は前記摩擦撹拌接合用工具の相対移動方向にずらされた位置にあることを特徴とする。

本発明の摩擦撹拌接合装置は、上述したように、水平に配置された水平部材と、該水平部材上に立設された立設部材とを突き合わせてなる内隅部に対して摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置であって、立設部材を挟んだ両側に一対の摩擦撹拌接合用工具を対向して配置し、該一対の摩擦撹拌接合用工具を第１の押圧機構によって立設部材両側の内隅部に押し付けるように構成されている。この際、一対の摩擦撹拌接合用工具の固定ショルダーは、立設部材を挟んで対向する位置にあり、一対の摩擦撹拌接合用工具から立設部材両側の内隅部に作用する水平方向の押圧力は、互いにキャンセルされる。また、その撹拌軸は摩擦撹拌接合用工具の相対移動方向にずらされた位置となるように構成されており、撹拌軸同士の衝突や、撹拌領域の相互干渉による接合の乱れ等も発生しない。

よって、このような本発明によれば、一対の摩擦撹拌接合用工具を立設部材の両側に同時に押し付けることで立設部材両側の内隅部を一度に接合することができるため、従来と比べて接合作業の効率に優れている。
また、接合部材（水平部材）を水平に配置し、該水平部材上に立設部材を立設させた状態で接合することができるため、接合部材が幅広に形成されている場合であっても大掛かりな構造を必要としない。

上記発明において、前記立設部材を水平部材に押し付ける第２の押圧機構を備えていてもよい。
このような第２の押圧機構を備えていれば、摩擦撹拌接合用工具によって水平部材と立設部材とを接合する際に、水平部材上に立設部材を安定的に立設させることができる。

また上記発明において、前記水平部材が水平に配置されている面上に前記水平部材を固定する固定手段を備えていてもよい。
このような固定手段を備えていれば、摩擦撹拌接合用工具によって水平部材と立設部材とを接合する際に、水平部材が滑らないように固定することができる。

また上記発明において、前記第１の押圧機構が前記摩擦撹拌接合用工具を押し付ける押圧力のベクトル方向と、前記撹拌軸の軸方向とが同じ方向となるように、前記第１の押圧機構の押圧力のベクトル方向を制御する制御手段を備えていてもよい。

このような制御手段を備えていれば、押圧力のベクトル方向と撹拌軸の軸方向とを常に同じ方向に制御することができるため、接合精度を向上させることができる。

本発明によれば、一対の摩擦撹拌接合用工具を立設部材の両側に同時に押し付けることで立設部材両側の内隅部を一度に接合することができるため、接合作業の効率に優れている。また、接合部材（水平部材）を水平に配置し、該水平部材上に立設部材を立設させた状態で接合することができるため、接合部材が幅広に形成されている場合であっても大掛かりな構造を必要としない摩擦撹拌接合装置を提供することができる。

本発明の摩擦撹拌接合装置の全体を示した斜視図である。 本発明の摩擦撹拌接合装置の要部を示した概略図である。 本発明の摩擦撹拌接合用工具を説明するための概略側面図である。 本発明の摩擦撹拌接合用工具を説明するための概略平面図である。 従来の摩擦撹拌接合装置を説明するための概略側面図である。 接合対象である接合部材を説明するための概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいてより詳細に説明する。
ただし、本発明の範囲は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限り、本発明の範囲をそれにのみ限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明の摩擦撹拌接合装置の全体を示した斜視図、図２は、本発明の摩擦撹拌接合装置の要部を示した概略図である。また図３および図４は、特に摩擦撹拌接合用工具を説明するための説明図であり、図３は概略側面図、図４は概略平面図である。

図１〜図４に示したように、本発明の摩擦撹拌接合装置１は、基台４０の上に水平に配置された水平部材２２と、水平部材２２の上に立設された立設部材２４とを突き合わせてなる内隅部２０ａ，２０ｂに対して摩擦撹拌接合を行うことで、水平部材２２と立設部材２４とを接合する装置である。このような本発明の摩擦撹拌接合装置１は、例えば船舶の船体構造に用いられるＴロンジ２０などを製造する際において、後述するように、幅狭のフェイス部材２６と立設部材２４との接合だけでなく、幅広の水平部材２２と立設部材との接合にも好適に用いることができる。

図１〜図４に示したように、本発明の摩擦撹拌接合装置１は、立設部材２４を挟んでその両側に対向して配置された一対の摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂと、該一対の摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂを、立設部材２４を挟んでその両側に夫々形成された内隅部２０ａ，２０ｂに対して押し付ける第１の押圧機構１８ａ，１８ｂを備えている。また、上述した一対の摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂを、互いに対向した状態のまま、水平部材２２と立設部材２４との突き合わせライン２１ａ，２１ｂに沿って相対移動させる移動機構を備えている。

摩擦撹拌接合用工具１０ａは、図３に示したように、内隅部２０ａの表面と当接する逆二等辺三角形状の固定ショルダー１２ａと、該固定ショルダー１２ａの頂角部から突出する撹拌軸１４ａとを有している。また、摩擦撹拌接合用工具１０ｂも摩擦撹拌接合用工具１０ａと同様の構成であり、内隅部２０ｂの表面と当接する逆二等辺三角形状の固定ショルダー１２ｂと、該固定ショルダー１２ｂの頂角部から突出する撹拌軸１４ｂとを有している。これら撹拌軸１４ａ，１４ｂは回転可能に構成されており、本実施形態では、撹拌軸１４ａ，１４ｂともに反時計回りに回転するようになっている。

第１の押圧機構１８ａは、図１に示したように、門柱５８の梁部５６から垂設された移動アーム４８ａに設けられており、図中の矢印ｅ，ｆに示したように、上下および左右に移動可能に構成されている。そして、図２および図３に示したように、摩擦撹拌接合用工具１０ａを内隅部２０ａに対して押圧力Ｆａで押し付けるように構成されている。また、第１の押圧機構１８ｂも第１の押圧機構１８ａと同様の構成であり、門柱５８の梁部５６から垂設された移動アーム４８ｂに設けられており、図中の矢印ｇ，ｈに示したように、上下および左右に移動可能に構成されている。そして、図２および図３に示したように、摩擦撹拌接合用工具１０ｂを内隅部２０ｂに対して押圧力Ｆｂで押し付けるように構成されている。なお、図１中の矢印ｃ，ｄは、移動アーム４８ａ，４８ｂの移動方向を示している。

上述した門柱５８の左右の柱部５４ａ，５４ｂは、図１に示したように、基台４０と平行な方向に延伸するレール４２ａ，４２ｂの上に乗せられた台車４４ａ，４４ｂの上面に支持されている。そして、台車４４ａ，４４ｂが矢印ａ，ｂ方向に夫々移動することで、上述した一対の摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂも、互いに対向した状態のまま、水平部材２２と立設部材２４との突き合わせライン２１ａ，２１ｂに沿って移動するように構成されている。すなわち、本発明の移動機構は、上述したレール４２ａ，４２ｂ、台車４４ａ，４４ｂ、および門柱５８等により構成されている。

そして、上記第１の押圧機構１８ａ，１８ｂにより、一対の摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂの夫々を内隅部２０ａ，２０ｂに押し付けることで、水平部材２２、立設部材２４の突き合わせ部Ａ（図３を参照）に撹拌軸１４ａ，１４ｂが回転しながら挿入される。この際、溶接ワイヤ３２ａ，３２ｂは、撹拌軸１４ａ，１４ｂの回転に伴う摩擦熱によって軟化し、突き合わせ部Ａの内部に押し込まれる。そして、該撹拌軸１４ａ，１４ｂにより、水平部材２２および立設部材２４の材料（例えばアルミ等）が軟化して撹拌されることで、水平部材２２と立設部材２４とが固相接合される。

この際、上述した一対の摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂの固定ショルダー１２ａ，１２ｂは、図４に示したように立設部材２４を挟んで対向する位置にある。このため、立設部材２４の両側の内隅部２０ａ，２０ｂに作用する押圧力Ｆａ，Ｆｂは、その水平方向成分が互いにキャンセルされるようになっている。また、その撹拌軸１４ａ，１４ｂは、摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂの移動方向、すなわち、突き合わせライン２１ａ，２１ｂの延伸方向に夫々ずらされた位置となるように構成されており、撹拌軸１４ａ，１４ｂ同士が衝突したり、撹拌領域が相互に干渉することによる接合の乱れ等が発生しないようになっている。

よって、このような本発明の摩擦撹拌接合装置１によれば、一対の摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂを立設部材２４の両側に同時に押し付けることで立設部材２４の両側の内隅部２０ａ，２０ｂを一度に接合することができるため、従来と比べて接合作業の効率に優れている。また、接合部材（水平部材２２）を水平に配置し、該水平部材２２の上に立設部材２４を立設させた状態で接合することができるため、水平部材２２のように幅広に形成されている接合部材を接合する場合であっても大掛かりな構造を必要としないようになっている。

また図１〜図２に示したように、本実施形態の摩擦撹拌接合装置１は、門柱５８の梁部５６から垂設された第２の押圧機構５２を備えている。この第２の押圧機構５２は、図１中に矢印ｉで示したように上下方向に移動可能に構成されている。そして図２に示したように、立設部材２４を水平部材２２に押圧力Ｆｃで押し付けるように構成されている。

このように、本発明の摩擦撹拌接合装置１が上述した第２の押圧機構５２を備えていれば、摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂによって水平部材２２と立設部材２４とを接合する際に、水平部材２２の上に立設部材２４を安定的に立設させることができるため、接合作業の効率が向上する。

また図２に示したように、本実施形態の摩擦撹拌接合装置１は、基台４０の上に水平部材２２を固定する固定手段３０ａ，３０ｂを備えている。固定手段３０ａ，３０ｂは、例えば水平部材２２を基台４０に押圧したり、水平部材２２を挟持したりして、水平部材２２を基台４０の上に固定するように構成されている。

このように、本発明の摩擦撹拌接合装置１が上述した固定手段３０ａ，３０ｂを備えていれば、摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０ｂによって水平部材２２と立設部材２４とを接合する際に、水平部材２２が滑らないように固定することができるため、接合作業の効率が向上する。

また図２に示したように、本実施形態の摩擦撹拌接合装置１は、第１の押圧機構１８ａ，１８ｂの押圧力Ｆａ，Ｆｂを制御する制御手段２８ａ，２８ｂを備えている。制御手段２８ａは、第１の押圧機構１８ａの押圧力Ｆａのベクトル方向が、撹拌軸１４ａの軸方向と同じ方向となるように、第１の押圧機構１８ａの押圧力Ｆａのベクトル方向を制御するように構成されている。また、制御手段２８ｂも制御手段２８ａと同様の構成であり、第１の押圧機構１８ｂの押圧力Ｆｂのベクトル方向が、撹拌軸１４ｂの軸方向と同じ方向となるように、第１の押圧機構１８ｂの押圧力Ｆｂのベクトル方向を制御するように構成されている。

このように、本発明の摩擦撹拌接合装置１が上述した制御手段２８ａ，２８ｂを備えていれば、押圧力Ｆａ，Ｆｂのベクトル方向と撹拌軸１４ａ，１４ｂの軸方向とを常に同じ方向に制御することができるため、接合精度を向上させることができる。

以上、本発明の好ましい形態について説明したが、本発明は上記の形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での種々の変更が可能である。

例えば、上述した実施形態では、レール４２ａ，４２ｂ、台車４４ａ，４４ｂ、および門柱５８等によって本発明の移動機構を構成したが、本発明の移動機構はこれに限定されない。本発明の移動機構は、一対の摩擦撹拌接合用工具１０ａ，１０を、互いに対向した状態のまま、水平部材２２と立設部材２４との突き合わせライン２１ａ，２１ｂに沿って夫々相対移動させるように構成されていればよく、例えば、コンベア等の搬送手段により、基台４０の上に配置されているＴロンジ２０が基台４０の延伸方向に搬送されるように構成してもよいものである。

また上述した実施形態では、水平部材２２は基台４０の上に水平に配置されていたが、本発明の摩擦撹拌接合装置１において基台４０は必須の構成ではない。水平部材２２は、例えば床面の上に直接に配置されていてもよいものである。

本発明は、水平に配置された水平部材と、該水平部材の上に立設された立設部材とを突き合わせてなる内隅部に対して摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置として、特に、水平部材が幅広に形成されている場合に好適に用いることができる。

１ 摩擦撹拌接合装置
１０ａ，１０ｂ 摩擦撹拌接合用工具
１２ａ，１２ｂ 固定ショルダー
１４ａ，１４ｂ 撹拌軸
１８ａ，１８ｂ 第１の押圧機構
２０ Ｔロンジ
２１ａ，２１ｂ 突き合わせライン
２２ 水平部材
２４ 立設部材
２６ フェイス部材
２８ａ，２８ｂ 制御手段
３０ａ，３０ｂ 固定手段
３２ａ，３２ｂ 溶接ワイヤ
４２ａ，４２ｂ レール
４４ａ，４４ａ 台車
４８ａ，４８ｂ 移動アーム
５２ 第２の押圧機構
５４ａ，５４ｂ 柱部
５６ 梁部
５８ 門柱

Claims (4)

1. 水平に配置された水平部材と、該水平部材上に立設された立設部材とを突き合わせてなる内隅部に対して摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置であって、
   前記内隅部の表面と当接する固定ショルダーと、該固定ショルダーから突設されるとともに前記水平部材と立設部材との突き合わせ部に挿入される回転可能な撹拌軸とを有する、前記立設部材を挟んでその両側に対向して配置された一対の摩擦撹拌接合用工具と、
   前記立設部材を挟んでその両側に夫々形成された内隅部に対して前記一対の摩擦撹拌接合用工具を押し付ける第１の押圧機構と、
   前記一対の摩擦撹拌接合用工具を、互いに対向した状態のまま、前記水平部材と立設部材との突き合わせラインに沿って相対移動させる移動機構と、を備え、
   前記立設部材を挟んでその両側に対向して配置された一対の摩擦撹拌接合用工具は、その固定ショルダーは前記立設部材を挟んで対向する位置にあるが、その撹拌軸は前記摩擦撹拌接合用工具の相対移動方向にずらされた位置にあることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
2. 前記立設部材を水平部材に押し付ける第２の押圧機構を備えたことを特徴とする請求項１に記載の摩擦撹拌接合装置。
3. 前記水平部材が水平に配置されている面上に前記水平部材を固定する固定手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の摩擦撹拌接合装置。
4. 前記第１の押圧機構が前記摩擦撹拌接合用工具を押し付ける押圧力のベクトル方向と、前記撹拌軸の軸方向とが同じ方向となるように、前記第１の押圧機構の押圧力のベクトル方向を制御する制御手段を備えていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。

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