JP2013173158A - 摩擦撹拌接合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦撹拌接合装置において、高精度な摩擦撹拌接合作業を可能とすると共に同時にバリ除去作業を行うことで作業性の向上を図る。
【解決手段】装置本体１１に駆動回転可能に支持される摩擦撹拌接合用工具１３と、摩擦撹拌接合用工具１３の外周側に一体回転可能に連結される第１回転体１７と、第１回転体１７に一体回転可能に連結されると共に回転軸心方向に沿って移動可能に連結される第２回転体１９と、第２回転体１９における摩擦撹拌接合用工具１３の近接位置に固定される切削工具２６と、第１回転体１７に対して第２回転体１９を切削工具２６が被加工部材１０に接近する方向に付勢する皿ばね２３と、第２回転体１９に設けられて切削工具２６が切削したバリＢなどの切削物を回収する回収室４３を設ける。
【選択図】図６

Description

本発明は、摩擦撹拌接合工具を用いて部材の結合を行ったり、部材の表面に生じている亀裂などの補修を行ったりする摩擦撹拌接合装置に関するものである。

部材の表面に生じている亀裂の補修を行う亀裂の補修方法として、摩擦撹拌接合方法がある。この摩擦撹拌接合方法は、工具と加工物との間に発生した熱や、変形されて混合される加工物材料から塑性流動の結果として生じる熱などの摩擦熱を利用し、亀裂の補修を行う方法である。ここで発生した摩擦熱は、加工品材料を軟化させ、それらを混ぜ合わせることを可能とし、亀裂を補修する。

このような摩擦撹拌接合方法では、回転工具を加工物の亀裂に押し付けて回転させることで、摩擦撹拌接合により亀裂を補修している。この場合、補修部は、その表面に摩擦撹拌接合の施工に伴ってバリが発生する。補修部の周囲に発生したバリは、加工物の使用中に、各種機器の障害の要因となるおそれがある。そのため、このバリを、例えば、グラインダなどで除去しなければならず、作業が面倒なものとなっている。

そこで、回転工具による摩擦撹拌接合で亀裂を補修すると同時に、バリを除去することが考えられている。このような摩擦撹拌接合装置として、下記特許文献１、２に記載されたものがある。特許文献１に記載された摩擦撹拌接合工具は、回転部材に下方端切刃を有する切削インサートホルダを回転軸により回転自在に支持したものであり、回転部材による切削と同時に、切刃がその周縁によって規定される領域を切削加工することができる。また、特許文献２に記載された接合装置は、回転可能なプローブを有する摩擦撹拌接合用接合工具を用い、両接合部材の突合せ部に接合工具の回転しているプローブを埋入して移動させることで、突合せ部を摩擦撹拌接合すると共に、接合部の表面を平削り用バイトによって切削するものである。

特開平１０−０７１４７７号公報 特開２００４−０３４１４１号公報

一般に、摩擦撹拌接合は、工具の押付荷重が一定となるように制御しており、被加工部材の加熱状態によりその硬度が変化すると、工具が上下、つまり、被加工部材との距離が変わる。上述した従来の摩擦撹拌接合工具（特許文献１）にあっては、回転部材に下方端切刃を有する切削インサートホルダを支持し、回転部材による切削と同時に切刃によりその周縁を切削加工してバリを除去している。そのため、回転部材が上下すると、切刃も上下してしまい、切刃による切削領域が変わり、発生したバリを適正に除去することが困難となる。また、従来の接合装置（特許文献２）にあっては、回転可能なプローブを有する摩擦撹拌接合用接合工具とは別に平削り用バイトを用いることから、構造が複雑になるだけでなく、制御が複雑なものとなってしまう。そして、切刃により除去されたバリが周囲に飛散すると、この飛散したバリの回収が困難となってしまう。

本発明は上述した課題を解決するものであり、高精度な摩擦撹拌接合作業を可能とすると共に同時にバリ除去作業を行うことで作業性の向上を図る摩擦撹拌接合装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の摩擦撹拌接合装置は、装置本体に駆動回転可能に支持される摩擦撹拌接合用工具と、前記摩擦撹拌接合用工具の外周側に一体回転可能に連結される回転体と、前記回転体における前記摩擦撹拌接合用工具の近接位置に固定される切削工具と、前記切削工具に切削された切削物を回収する回収部と、を備えることを特徴とするものである。

従って、摩擦撹拌接合用工具が駆動回転した状態で水平方向に移動すると、この摩擦撹拌接合用工具により被加工部材に対して摩擦撹拌接合を行うことができる。このとき、摩擦撹拌接合用工具と共に回転体が一体回転することで、この回転体に固定された切削工具が被加工部材に発生したバリなどを切削除去することができる。そして、切削工具が切削除去したバリなどの切削物は、回収部に回収されることで飛散を防止することができる。その結果、高精度な摩擦撹拌接合作業を可能とすることができると共に、摩擦撹拌接合作業と同時にバリ除去作業を行うことで作業性の向上を図ることができる。

本発明の摩擦撹拌接合装置では、前記回収部は、前記回転体内に設けられた回収室と、前記切削工具の回転方向の上流側に前記回収室から被加工部材側に向けて開口する回収孔とを有することを特徴としている。

従って、切削工具が切削除去した切削物は、回収孔から回収室に入り込んで回収されることとなり、バリなどの切削物を早期に回収して飛散を防止することができる。

本発明の摩擦撹拌接合装置では、前記回収室の外周側における前記回転体の下部に前記切削工具に切削された切削物を回収する回収箱が設けられることを特徴としている。

従って、切削工具が切削除去した切削物は、回収室に回収されるものの、この回収室に回収しきれない大きな切削物がその外側の回収箱に回収されることとなり、切削物の大きさに拘わらず適正に回収することができる。

本発明の摩擦撹拌接合装置では、前記回収室及び前記回収箱は、流体が通過可能であると共に前記切削物を捕集可能な捕集部が設けられることを特徴としている。

従って、切削工具が回収箱に回収されるとき、周辺の流体は捕集部を通過して排出される一方、切削物だけがこの捕集部に捕集されることとなり、回収した切削物の再飛散を防止することができる。

本発明の摩擦撹拌接合装置では、前記回転体は、前記摩擦撹拌接合用工具に一体回転可能に連結される第１回転体と、前記第１回転体に一体回転可能に連結されると共に回転軸心方向に沿って移動可能に連結されて前記切削工具が固定される第２回転体とを有し、前記第１回転体に対して前記第２回転体を前記切削工具が被加工部材に接近する方向に付勢する付勢部材が設けられることを特徴としている。

従って、摩擦撹拌接合用工具が駆動回転した状態で水平方向に移動し、この摩擦撹拌接合用工具により被加工部材に対して摩擦撹拌接合を行うとき、摩擦撹拌接合用工具と共に第１回転体及び第２回転体が一体回転することで、第２回転体に固定された切削工具が被加工部材に発生したバリなどを切削除去することができる。このとき、摩擦撹拌接合用工具が被加工部材に対する加工状態に応じて軸心方向に移動しても、付勢部材の付勢力に応じて第２回転体に対して相対移動することで、第２回転体が移動することはなく、切削工具の位置は変化せずに適正にバリなどを除去することができる。

本発明の摩擦撹拌接合装置では、前記被加工部材に接触して該被加工部材に対する前記切削工具の位置を規定する切削工具位置決め部材が前記第２回転体に設けられることを特徴としている。

従って、摩擦撹拌接合用工具による被加工部材の摩擦撹拌接合時に、切削工具位置決め部材が被加工部材に接触することで、被加工部材に対して切削工具の位置が適正に規定されることとなり、高精度なバリ除去作業を行うことができる。

本発明の摩擦撹拌接合装置では、前記第２回転体の外周部に相対回転可能に連結されるガイド枠体が設けられ、該ガイド枠体に前記切削工具位置決め部材が設けられると共に、前記装置本体に対して前記ガイド枠体を前記摩擦撹拌接合用工具の周方向に回転不能で且つ軸心方向に移動可能に連結する連結部材が設けられ、前記回収箱が前記ガイド枠体に固定されることを特徴としている。

従って、摩擦撹拌接合用工具による被加工部材の摩擦撹拌接合時に、連結部材がガイド枠体を回転不能とすることで、ガイド枠体に設けられた切削工具位置決め部材が回転することはなく、切削工具位置決め部材が被加工部材に常時接触し、被加工部材に対する切削工具の位置を適正に規定することができ、また、ガイド枠体に設けられた回収箱も回転することがないことから、切削物を高精度に回収することができる。

本発明の摩擦撹拌接合装置によれば、摩擦撹拌接合用工具と、摩擦撹拌接合用工具と一体回転可能に連結される回転体と、回転体における摩擦撹拌接合用工具の近接位置に固定される切削工具と、切削工具に切削された切削物を回収する回収部とを設けるので、高精度な摩擦撹拌接合作業を可能とすることができると共に、摩擦撹拌接合作業と同時にバリ除去作業及びバリ回収作業を行うことで作業性の向上を図ることができる。

図１は、本発明の実施例１に係る摩擦撹拌接合装置の概略図である。 図２は、実施例１の摩擦撹拌接合装置の断面図である。 図３は、実施例１の摩擦撹拌接合装置の下面図である。 図４は、実施例１の摩擦撹拌接合装置における回収箱が装着された背面図である。 図５は、実施例１の摩擦撹拌接合装置における回収箱が装着された断面図である。 図６は、実施例１の摩擦撹拌接合装置における回収箱が装着された下面図である。 図７は、本発明の実施例２に係る摩擦撹拌接合装置の概略図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る摩擦撹拌接合装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施例１に係る摩擦撹拌接合装置の概略図、図２は、実施例１の摩擦撹拌接合装置の断面図、図３は、実施例１の摩擦撹拌接合装置の下面図、図４は、実施例１の摩擦撹拌接合装置における回収箱が装着された背面図、図５は、実施例１の摩擦撹拌接合装置における回収箱が装着された断面図、図６は、実施例１の摩擦撹拌接合装置における回収箱が装着された下面図である。

実施例１の摩擦撹拌接合装置において、図１から図３に示すように、装置本体１１は、駆動軸１２を有し、図示しないモータにより駆動回転可能となっている。駆動軸１２は、
先端部（下端部）に摩擦撹拌接合用工具１３が取付けられている。なお、図１から図３は、後述する回収箱３５が取外された摩擦撹拌接合装置を表している。

この摩擦撹拌接合用工具１３は、回転軸１４と、この回転軸１４の先端部（下端部）に一体に形成されるヘッド部１５とから構成されており、このヘッド部１５は、先端側に向かって傾斜しながら突出しており、下面に図示しないスクロール溝が形成されている。そして、装置本体１１の駆動軸１２は、先端部にチャック部１６が連結されており、このチャック部１６は、摩擦撹拌接合用工具１３の回転軸１４が嵌合し、連結軸１６ａにより一体回転可能に連結されている。

第１回転体（回転体）１７は、リング形状をなし、チャック部１６の外周部に嵌合し、両者の間にキー１８が介装されることで、第１回転体１７は、チャック部１６、つまり、摩擦撹拌接合用工具１３と一体回転可能で、且つ、軸心方向に一体移動可能と連結されている。第２回転体（回転体）１９は、第１回転体１７と同様に、リング形状をなし、この第１回転体１７の下方に配置され、摩擦撹拌接合用工具１３におけるヘッド部１５の外周部に嵌合している。そして、第１回転体１７は、周方向にほぼ均等間隔で下方に延出する複数（本実施例では、４個）のガイド軸２０が固定されている。一方、第２回転体１９は、周方向にほぼ均等間隔で複数（本実施例では、４個）ガイド孔２１が形成されており、第１回転体１７の各ガイド軸２０が第２回転体１９の各ガイド孔２１に挿入されている。そのため、第２回転体１９は、複数のガイド軸２０及びガイド孔２１により、第１回転体１７に一体回転可能に連結されると共に、駆動軸１２の軸心方向に沿って相対移動可能に連結されることとなる。

また、第１回転体１７は、周方向にほぼ均等間隔でその下面に複数（本実施例では、４個）の収納穴２２が形成されており、この各収納穴２２に第２回転体１９を押圧する皿ばね（付勢部材）２３がそれぞれ収納されている。第２回転体１９は、下部に扇形状をなす２つの凹部２４が形成されており、この各凹部２４は、摩擦撹拌接合用工具１３におけるヘッド部１５の外周側に周方向に均等間隔（線対称）で形成され、下方に開口すると共にヘッド部１５側に開口している。そして、この各凹部２４内に周方向にほぼ均等間隔（線対称）で取付ヘッド２５により切削工具２６が固定されている。この各切削工具２６は、摩擦撹拌接合用工具１３におけるヘッド部１５の外周面に近接して配置されており、下端に被加工部材１０に発生したバリＢ切削除去する切刃が形成されている。

そのため、第２回転体１９は、第１回転体１７に対して、各皿ばね２３の付勢力により下方に付勢支持されており、この第２回転体１９に装着された各切削工具２６が被加工部材１０の表面１０ａに接近する方向に付勢、つまり、各切削工具２６が被加工部材１０の表面１０ａに押付けられる。

なお、この実施例１では、第２回転体１９に２つの切削工具２６を設けたが、その数は２つに限定されるものではなく、１つでも３つ以上であってもよい。

また、第２回転体１９は、外周面に軸受２７によりガイド枠体２８から相対回転自在で、且つ、軸心方向に移動不能に装着されており、左右の側部に前後の水平な支持軸２９によりガイドローラ３０が装着されている。この各ガイドローラ３０は、被加工部材１０の表面１０ａに接触すると共に転動可能となっている。即ち、この各ガイドローラ３０は、被加工部材１０に対する切削工具２６の位置を規定する切削工具位置決め部材として機能する。

そして、各回転体１７，１９やガイド枠体２８などの外周側に摩擦撹拌接合用工具１３の軸心方向に沿って連結部材３１が配置されており、この連結部材３１は、一端部（上端部）が装置本体１１に固定され、他端部（下端部）がガイド枠体２８の側部に形成されたガイド溝３２に係合している。そのため、ガイド枠体２８は、装置本体１１から延出した連結部材３１がガイド溝３２に係合していることから、各回転体１７，１９が回転しても連れ回りすることがない。また、ガイド枠体２８は、ガイド溝３２が摩擦撹拌接合用工具１３の軸方向に沿って形成されており、上方にストッパ３２ａが形成され、下方が開放されていることから、第２回転体１９に対して摩擦撹拌接合用工具１３の軸心方向に沿って移動することができ、且つ、下方への移動量が規制される。

また、実施例１の摩擦撹拌接合装置は、図３から図６に示すように、切削工具２６により切削除去されたバリＢなどの切削物を回収する回収部が設けられている。即ち、第２回転体１９は、下部に扇形状をなす２つの凹部２４が形成され、この各凹部２４内に取付ヘッド２５により切削工具２６が固定されている。リング形状をなすカバー３３は、第２回転体１９の下面に凹部２４を被覆するように固定されており、この凹部２４が回収部を構成する回収室として機能する。そして、このカバー３３は、切削工具２６の回転方向の上流側に、回収室（凹部）２４から被加工部材１０側に向けて開口する回収孔３４が形成されている。そして、この回収室２４は、内周部に捕集部３８が形成されている。この各捕集部３８は、流体（水や溶融金属など）が通過可能である一方で、バリＢなどの切削物を捕集して通過不能とするものであり、例えば、メッシュ状をなす金網により形成され、また、メッシュ状をなす金網に限定されることなく、縦スリットまたは横スリットを有するスクリーンや多孔体などとしてもよい。なお、カバー３３は、各取付ヘッド２５及び各切削工具２６が下方に突出するように内周部に切欠３３ａが形成されている。

また、ガイド枠体２８は、その外周部及び下部を被覆するように回収箱３５が固定されている。この回収箱３５は、下面部が平面形状なして各ガイドローラ３０を避けるように角部が切り欠かれており、側部がガイド枠体２８の外周部に密着する枠形状なし、複数の固定ボルト３６によりガイド枠体２８に固定されている。また、回収箱３５は、下面部の中央に各切削工具２６の切刃が突出可能な円形の開口３５ａが形成されている。

回収箱３５は、下面部の上面と第２回転体１９及びガイド枠体２８の下面との間にバリを通過可能な所定隙間が確保されていると共に、下面部の下面と被加工部材１０の表面１０ａとの間にも全体の移動に支障を来たさないように所定隙間が確保されている。そして、この回収箱３５は、摩擦撹拌接合装置の移動方向の後方及び各側方に捕集部３７が形成されている。この各捕集部３７は、流体（水や溶融金属など）が通過可能である一方で、バリＢなどの切削物を捕集して通過不能とするものであり、例えば、メッシュ状をなす金網により形成され、また、メッシュ状をなす金網に限定されることなく、縦スリットまたは横スリットを有するスクリーンや多孔体などとしてもよい。

従って、装置本体１１の駆動軸１２が回転すると、その回転力がチャック部１６を介して摩擦撹拌接合用工具１３に伝達されて回転する。また、チャック部１６が回転すると、その回転力がキー１８を介して第１回転体１７に伝達されて回転し、各複数のガイド軸２０及びガイド孔２１により第２回転体１９に伝達されて回転する。一方、ガイド枠体２８は、第２回転体１９に対して軸受２７が介在すると共にガイド溝３２に連結部材３１が係合しており、摩擦撹拌接合用工具１３と共に回転することはない。更に、第２回転体１９は、第１回転体１７との間に設けられた皿ばね２３の付勢力により各ガイドローラ３０が被加工部材１０の表面１０ａに接触することで、第２回転体１９に固定された各切削工具２６は、被加工部材１０の表面１０ａに対する適正位置に位置決めされている。

この状態で、装置本体１１を溶接方向に水平移動すると、摩擦撹拌接合用工具１３が被加工部材１０に対して摩擦撹拌接合を行う。そして、このとき、摩擦撹拌接合用工具１３と共に第１回転体１７及び第２回転体１９が一体回転することで、第２回転体１９に固定された切削工具２６が被加工部材１０に発生したバリＢを切削除去する。

ところで、摩擦撹拌接合用工具１３は、回転しながら被加工部材１０への押付力がほぼ一定となるように制御されながら、水平方向に移動している。ここで被加工部材１０は、摩擦撹拌接合用工具１３との間で発生する摩擦熱により温度が上昇して軟化する。この場合、被加工部材１０は、この発生した熱によりその形状などに応じて硬度が変化する。そのため、摩擦撹拌接合用工具１３は、被加工部材１０の硬度が低下すると、被加工部材１０に接近する方向、つまり、軸心方向の下方に移動し、被加工部材１０の硬度が上昇すると、被加工部材１０から離間する方向、つまり、軸心方向の上方に移動する。

このとき、摩擦撹拌接合用工具１３が被加工部材１０に対する加工状態に応じて軸心方向に移動すると、第２回転体１９は、外周部に連結されたガイド枠体２８の各ガイドローラ３０が被加工部材１０の表面１０ａを転動することから、軸心方向に移動することがなく、この第２回転体１９に対して第１回転体１７及び摩擦撹拌接合用工具１３が各皿ばね２３の付勢力に応じて移動する。そのため、摩擦撹拌接合用工具１３は、被加工部材１０に対して適正に摩擦撹拌接合を行うことができ、また、各切削工具２６は、適正にバリＢを除去することができる。

また、装置本体１１が溶接方向に水平移動し、摩擦撹拌接合用工具１３が回転することで、この摩擦撹拌接合用工具１３が被加工部材１０に対して摩擦撹拌接合を行い、第１回転体１７及び第２回転体１９と共に切削工具２６が回転することで、この切削工具２６が被加工部材１０に発生したバリＢを切削除去し、切削除去されたバリＢが回収室２４または回収箱３５に回収される。

即ち、回転する切削工具２６が被加工部材１０のバリＢを切削除去すると、被加工部材１０から破断したバリＢは、回収孔３４から回収室２４に入り込んで回収される。このとき、バリＢと共に回収室２４内に取り込んだ流体は、捕集部３８から外部に排出される一方、バリＢはこの捕集部３８に捕集される。また、被加工部材１０から破断した大きなバリＢは、回収孔３４を通して回収室２４に回収できないことがあり、この場合、大きなバリＢは、回収箱３５の開口３５ａから第２回転体１９と回収箱３５との隙間を通ってこの回収箱３５内（ガイド枠２８と回収箱３５との隙間）に回収される。このとき、バリＢと共に回収箱３５内に取り込んだ流体は、各捕集部３７から外部に排出される一方、バリＢはこの捕集部３７に捕集される。また、切削工具２６が回転しながら被加工部材１０のバリＢを切削除去することから、被加工部材１０から破断したバリＢは、放射方向に飛散するため、各捕集部３７がバリＢを適正に捕集する。更に、回収箱３５の前方側に捕集部３７が設けられていないことから、前方からの流体の流入がなく、捕集したバリＢが内部で移動し、再び開口３５ａから外部に排出されて飛散することもない。

このように実施例１の摩擦撹拌接合装置にあっては、装置本体１１に駆動回転可能に支持される摩擦撹拌接合用工具１３と、摩擦撹拌接合用工具１３の外周側に一体回転可能に連結される第１回転体１７と、第１回転体１７に一体回転可能に連結されると共に回転軸心方向に沿って移動可能に連結される第２回転体１９と、第２回転体１９における摩擦撹拌接合用工具１３の近接位置に固定される切削工具２６と、第１回転体１７に対して第２回転体１９を切削工具２６が被加工部材１０に接近する方向に付勢する皿ばね２３と、第２回転体１９に設けられて切削工具２６が切削したバリＢなどの切削物を回収する回収室２４を設けている。

従って、摩擦撹拌接合用工具１３が駆動回転した状態で水平方向に移動すると、この摩擦撹拌接合用工具１３により被加工部材１０に対して摩擦撹拌接合を行うことができる。このとき、摩擦撹拌接合用工具１３と共に第１回転体１７及び第２回転体１９が一体回転することで、第２回転体１９に固定された切削工具２６が被加工部材１０に発生したバリＢを切削除去することができる。そして、切削工具２６が切削除去したバリＢなどの切削物は、回収室２４に回収されることで飛散を防止することができる。その結果、高精度な摩擦撹拌接合作業を可能とすることができると共に、摩擦撹拌接合作業と同時にバリ除去作業を行うことで作業性の向上を図ることができる。

また、実施例１の摩擦撹拌接合装置では、第２回転体１９内に回収室２４を設けると共に、切削工具２６の回転方向の上流側に回収室２４から被加工部材１０側に向けて開口する回収孔３４を設けている。従って、切削工具２６が切削除去した切削物は、回収孔３４から回収室２４に入り込んで回収されることとなり、バリＢなどの切削物を早期に回収して飛散を防止することができる。

また、実施例１の摩擦撹拌接合装置では、回収室２４の外周側におけるガイド枠体２８の下部に切削工具２６に切削された切削物を回収する回収箱３５を設けている。従って、切削工具２６が切削除去した切削物は、回収室２４に回収されるものの、この回収室２４に回収しきれない大きな切削物がその外側の回収箱に回収されることとなり、切削物の大きさに拘わらず適正に回収することができる。

また、実施例１の摩擦撹拌接合装置では、回収室２４及び回収箱３５は、流体が通過可能であると共に切削物を捕集可能な捕集部３８，３７を設けている。従って、切削工具２６が回収箱に回収されるとき、周辺の流体は捕集部３８，３７を通過して排出される一方、切削物だけがこの捕集部３８，３７に捕集されることとなり、回収した切削物の再飛散を防止することができる。

また、実施例１の摩擦撹拌接合装置では、第１回転体１７に対して第２回転体１９を切削工具２６が被加工部材１０に接近する方向に付勢する皿ばね２３を設けている。従って、摩擦撹拌接合用工具１３が被加工部材１０に対する加工状態に応じて軸心方向に移動しても、皿ばね２３の付勢力に応じて第２回転体１９に対して相対移動することで、第２回転体１９が移動することはなく、切削工具２６の位置は変化せずに適正にバリを除去することができる。

また、実施例１の摩擦撹拌接合装置では、被加工部材１０に接触してこの被加工部材１０に対する切削工具２６の位置を規定する切削工具位置決め部材を設けている。具体的には、第２回転体１９の外周部に軸受２７によりガイド枠体２８を相対回転可能に設け、このガイド枠体２８に切削工具位置決め部材としての複数のガイドローラ３０を被加工部材１０の表面１０ａを転動可能に設けている。

従って、摩擦撹拌接合用工具１３による被加工部材１０の摩擦撹拌接合時に、ガイド枠体２８に設けられた複数のガイドローラ３０が被加工部材１０に接触することで、被加工部材１０に対して切削工具２６の位置が適正に規定されることとなり、高精度なバリＢの除去作業を行うことができる。また、このとき、ガイド枠体２８に設けられた複数のガイドローラ３０は、第２回転体１９と共に回転することはなく、複数のガイドローラ３０が被加工部材１０に常時接触し、被加工部材１０に対する切削工具２６の位置を適正に規定することができる。更に、切削工具位置決め部材として複数のガイドローラ３０を設けることで、摩擦撹拌接合用工具１３と切削工具２６の円滑な移動が可能となり、高精度な摩擦撹拌接合とバリＢの除去を行うことができる。

また、実施例１の摩擦撹拌接合装置では、装置本体１１に対してガイド枠体２８を摩擦撹拌接合用工具１３の周方向に回転不能で且つ軸心方向に移動可能に連結する連結部材３１を設けている。従って、連結部材３１がガイド枠体２８の回転を確実に不能とすることで、摩擦撹拌接合用工具１３と切削工具２６の円滑な移動が可能となり、高精度な摩擦撹拌接合とバリＢ除去を行うことができる。

また、実施例１の摩擦撹拌接合装置では、回収箱３５をガイド枠体２８に固定している。従って、回収箱３５が回転することがないことから、切削物を高精度に回収することができる。

図７は、本発明の実施例２に係る摩擦撹拌接合装置の概略図である。なお、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２の摩擦撹拌接合装置において、図７示すように、摩擦撹拌接合用工具１３は、回転軸１４とヘッド部１５とから構成され、回転軸１４が装置本体に回転自在に支持された駆動軸にチャック部１６を介して一体回転可能に連結されている。第１回転体１７は、リング形状をなし、チャック部１６の外周部に嵌合し、キー１８により一体回転可能で、且つ、軸心方向に一体移動可能と連結されている。第２回転体４１は、第１回転体１７と同様に、リング形状をなし、この第１回転体１７の下方に配置され、摩擦撹拌接合用工具１３におけるヘッド部１５の外周部に嵌合している。そして、第２回転体４１は、第１回転体１７のガイド軸２０がガイド孔４２に挿入されることで、第１回転体１７に一体回転可能に連結されると共に、軸心方向に沿って相対移動可能に連結される。

また、第１回転体１７は、下面に収納穴２２が形成され、この収納穴２２に第２回転体４１を押圧する皿ばね２３がそれぞれ収納されている。第２回転体４１は、下部に摩擦撹拌接合用工具１３におけるヘッド部１５の外周側に位置して扇形状をなす２つの凹部４３が形成されており、この各凹部４３内にそれぞれ切削工具４４が装着されている。この各切削工具４４は、摩擦撹拌接合用工具１３におけるヘッド部１５の外周面に近接して配置されており、下端に切刃が形成されている。

また、第２回転体４１は、左右の側部にそれぞれガイドローラ４５が装着されており、この各ガイドローラ４５は、被加工部材１０の表面１０ａに接触すると共に転動可能となっている。即ち、この各ガイドローラ４５は、被加工部材１０に対する切削工具４４の位置を規定する切削工具位置決め部材として機能する。

また、実施例２の摩擦撹拌接合装置は、切削工具４４により切削除去されたバリなどの切削物を回収する回収部が設けられている。即ち、第２回転体４１は、下部に扇形状をなす２つの凹部４３が形成され、この各凹部４３内に切削工具４４がそれぞれ固定されている。リング形状をなすカバー４６は、第２回転体４１の下面に凹部４３を被覆するように固定されており、この凹部４３が回収部を構成する回収室として機能する。そして、このカバー４６は、切削工具４４の回転方向の上流側に、回収室（凹部）４３から被加工部材１０側に向けて開口する回収孔（図示略）が形成されている。そして、この回収室４３は、内周部に捕集部４９が形成されている。

また、第２回転体４１は、その外周部及び下部を被覆するように回収箱４７が固定ボルト４８により固定されている。この回収箱４７は、下面部の中央に各切削工具４４の切刃が突出可能な円形の開口４７ａが形成されている。また、回収箱４７は、摩擦撹拌接合装置の移動方向の後方及び各側方に、流体（水や溶融金属など）が通過可能である一方で、バリＢなどの切削物を捕集して通過不能とする捕集部（図示略）が形成されている。

従って、装置本体の駆動軸が回転すると、その回転力がチャック部１６を介して摩擦撹拌接合用工具１３に伝達されて回転する。また、チャック部１６が回転すると、その回転力がキー１８を介して第１回転体１７に伝達されて回転し、各複数のガイド軸２０及びガイド孔４２により第２回転体４１に伝達されて回転する。更に、第２回転体４１は、第１回転体１７との間に設けられた皿ばね２３の付勢力により各ガイドローラ４５が被加工部材１０の表面１０ａに接触することで、第２回転体４１に固定された各切削工具２６は、被加工部材１０の表面１０ａに対する適正位置に位置決めされている。

この状態で、装置本体１１を溶接方向に水平移動すると、摩擦撹拌接合用工具１３が被加工部材１０に対して摩擦撹拌接合を行う。そして、このとき、摩擦撹拌接合用工具１３と共に第１回転体１７及び第２回転体４１が一体回転することで、第２回転体４１に固定された切削工具４４が被加工部材１０に発生したバリＢを切削除去する。

このとき、摩擦撹拌接合用工具１３が被加工部材１０に対する加工状態に応じて軸心方向に移動すると、第２回転体４１は、回転しながら各ガイドローラ４５が被加工部材１０の表面１０ａを転動することから、軸心方向に移動することがなく、この第２回転体４１に対して第１回転体１７及び摩擦撹拌接合用工具１３が各皿ばね２３の付勢力に応じて移動する。そのため、摩擦撹拌接合用工具１３は、被加工部材１０に対して適正に摩擦撹拌接合を行うことができ、また、各切削工具４４は、適正にバリＢを除去することができる。

また、装置本体１１が溶接方向に水平移動し、摩擦撹拌接合用工具１３が回転することで、この摩擦撹拌接合用工具１３が被加工部材１０に対して摩擦撹拌接合を行い、第１回転体１７及び第２回転体４１と共に切削工具４４が回転することで、この切削工具４４が被加工部材１０に発生したバリＢを切削除去し、切削除去されたバリＢが回収室４３または回収箱４７に回収される。

即ち、回転する切削工具４４が被加工部材１０のバリＢを切削除去すると、被加工部材１０から破断したバリＢは、回収孔から回収室４３に入り込んで回収される。このとき、バリＢと共に回収室４３内に取り込んだ流体は、捕集部４９から外部に排出される一方、バリＢはこの捕集部４９に捕集される。また、被加工部材１０から破断した大きなバリＢは、回収孔を通して回収室４３に回収できないことがあり、この場合、大きなバリＢは、回収箱４７の開口４７ａから第２回転体４１と回収箱４７との隙間を通ってこの回収箱４７内に回収される。このとき、バリＢと共に回収箱４７内に取り込んだ流体は、捕集部から外部に排出される一方、バリＢはこの捕集部に捕集される。

このように実施例２の摩擦撹拌接合装置にあっては、装置本体１１に駆動回転可能に支持される摩擦撹拌接合用工具１３と、摩擦撹拌接合用工具１３の外周側に一体回転可能に連結される第１回転体１７と、第１回転体１７に一体回転可能に連結されると共に回転軸心方向に沿って移動可能に連結される第２回転体４１と、第２回転体４１における摩擦撹拌接合用工具１３の近接位置に固定される切削工具４４と、第１回転体１７に対して第２回転体４１を切削工具４４が被加工部材１０に接近する方向に付勢する皿ばね２３と、第２回転体４１に設けられて切削工具４４が切削したバリＢなどの切削物を回収する回収室４３を設けている。

従って、摩擦撹拌接合用工具１３が駆動回転した状態で水平方向に移動すると、この摩擦撹拌接合用工具１３により被加工部材１０に対して摩擦撹拌接合を行うことができる。このとき、摩擦撹拌接合用工具１３と共に第１回転体１７及び第２回転体４１が一体回転することで、第２回転体４１に固定された切削工具４４が被加工部材１０に発生したバリＢを切削除去することができる。そして、切削工具４４が切削除去したバリＢなどの切削物は、回収室４３に回収されることで飛散を防止することができる。その結果、高精度な摩擦撹拌接合作業を可能とすることができると共に、摩擦撹拌接合作業と同時にバリ除去作業を行うことで作業性の向上を図ることができる。

また、実施例２の摩擦撹拌接合装置では、回収室４３の外周側における第２回転体４１の下部に切削工具４４に切削された切削物を回収する回収箱４７を設けている。従って、切削工具４４が切削除去した切削物は、回収室４３に回収されるものの、この回収室４３に回収しきれない大きな切削物がその外側の回収箱に回収されることとなり、切削物の大きさに拘わらず適正に回収することができる。

また、実施例２の摩擦撹拌接合装置では、被加工部材１０に接触してこの被加工部材１０に対する切削工具２６の位置を規定する切削工具位置決め部材としての複数のガイドローラ４５を設けている。従って、摩擦撹拌接合用工具１３が被加工部材１０に対する加工状態に応じて軸心方向に移動しても、皿ばね２３の付勢力に応じて第２回転体４１に対して相対移動することで、第２回転体４１が移動することはなく、切削工具４４の位置は変化せずに適正にバリＢを除去することができる。

なお、上述した各実施例では、本発明の回転体を第１回転体１７と第２回転体１９，４１とから構成したが、一つの回転体により構成してもよい。また、本発明の切削工具位置決め部材をガイドローラ３０，４５としたが、この構成に限定されるものではなく、この切削工具位置決め部材としてガイドローラ３０，４５を設けることなく、切削工具２６，４４を切削工具位置決め部材として機能させるように構成してもよい。この場合、例えば、切削工具２６，４４を周方向に均等間隔で３つ以上設ければよいものである。

１１ 装置本体
１２ 駆動軸
１３ 摩擦撹拌接合用工具
１６ チャック部
１７ 第１回転体（回転体）
１９，４１ 第２回転体（回転体）
２０ ガイド軸
２１ ガイド孔
２３ 皿ばね（付勢部材）
２４，４３ 凹部、回収室（回収部）
２６，４４ 切削工具
２８ ガイド枠体
３０，４５ ガイドローラ（切削工具位置決め部材）
３１ 連結部材
３２ ガイド溝
３４ 回収孔（回収部）
３５，４７ 回収箱
３７，３８，４９ 捕集部

Claims (7)

1. 装置本体に駆動回転可能に支持される摩擦撹拌接合用工具と、
   前記摩擦撹拌接合用工具の外周側に一体回転可能に連結される回転体と、
   前記回転体における前記摩擦撹拌接合用工具の近接位置に固定される切削工具と、
   前記切削工具に切削された切削物を回収する回収部と、
   を備えることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
2. 前記回収部は、前記回転体内に設けられた回収室と、前記切削工具の回転方向の上流側に前記回収室から被加工部材側に向けて開口する回収孔とを有する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. 前記回収室の外周側における前記回転体の下部に前記切削工具に切削された切削物を回収する回収箱が設けられることを特徴とする請求項２に記載の摩擦撹拌接合装置。
4. 前記回収室及び前記回収箱は、流体が通過可能であると共に前記切削物を捕集可能な捕集部が設けられることを特徴とする請求項３に記載の摩擦撹拌接合装置。
5. 前記回転体は、前記摩擦撹拌接合用工具に一体回転可能に連結される第１回転体と、前記第１回転体に一体回転可能に連結されると共に回転軸心方向に沿って移動可能に連結されて前記切削工具が固定される第２回転体とを有し、前記第１回転体に対して前記第２回転体を前記切削工具が被加工部材に接近する方向に付勢する付勢部材が設けられることを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の摩擦撹拌接合装置。
6. 前記被加工部材に接触して該被加工部材に対する前記切削工具の位置を規定する切削工具位置決め部材が前記第２回転体に設けられることを特徴とする請求項５に記載の摩擦撹拌接合装置。
7. 前記第２回転体の外周部に相対回転可能に連結されるガイド枠体が設けられ、該ガイド枠体に前記切削工具位置決め部材が設けられると共に、前記装置本体に対して前記ガイド枠体を前記摩擦撹拌接合用工具の周方向に回転不能で且つ軸心方向に移動可能に連結する連結部材が設けられ、前記回収箱が前記ガイド枠体に固定されることを特徴とする請求項６に記載の摩擦撹拌接合装置。

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