JP2013220432A - Friction stir welding device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合ツールをワークの表面に押し付けつつ回転させることにより、接合ツールとワークの接触点に摩擦熱を発生させて該接触点の周囲のワークを軟化させ、軟化したワークの内部に接合ツールの先端を入り込ませてワークを接合する摩擦攪拌接合装置に関する。 The present invention rotates the welding tool while pressing it against the surface of the workpiece, generates frictional heat at the contact point between the welding tool and the workpiece, softens the workpiece around the contact point, and joins the inside of the softened workpiece. The present invention relates to a friction stir welding apparatus that joins workpieces by inserting a tip of a tool.
特許文献1には、接合ツールをワークに押し付けつつ回転させることにより、接合ツールとワークの接触点に摩擦熱を発生させて接触点の周囲の材料を軟化させると共に攪拌し、それにより接合ツールをワークに没入させ、没入後、接合ツールをスイングさせることでワークを線状に接合する摩擦攪拌接合装置が記載されている。
In
この摩擦攪拌接合装置300は、図10に示すように、L字形のアーム301の基端部301aに接合ヘッド302が固定されており、接合ヘッド302が下降して接合ツール303が、アーム301の先端部301b側に保持されたワーク304に所定の深さまで押し込まれたときに、接合ヘッド302がスイング軸305を支点にして矢印306の方向にスイングするように構成されている。
In this friction
また、摩擦攪拌接合装置300には、ワーク押さえ310とばね311とが設けられており、ワーク304にワーク押さえ310が接触後、更に接合ヘッド302が下降しても、ワーク押さえ310はばねの伸縮によりワーク304に弾性接触した状態を保持する。これにより、ワーク押さえ310はワーク304を傷付けることなく、所定の力でワーク304を押さえることが記載されている。
Further, the friction
一方、特許文献2に記載の摩擦攪拌接合装置400では、図11に示すように、裏当て部材452として溝を設けた回転部材を用いており、回転部材を回転駆動することでワーク404を移動させ、接合ツール402でワーク404を線状に接合することが記載されている。
On the other hand, in the friction
しかしながら、特許文献1に示された摩擦攪拌接合装置300では、ワーク押さえ310を設けているため装置の重量及び体積が増加してしまう。また、積み重ねられた上側ワークの上面の形状が、曲面などの複雑な構造を有する場合、ワーク押さえ310の形状を変える必要がある。
However, in the friction
また、特許文献2に記載の摩擦攪拌接合装置400では、上記したように裏当て部材452としての回転部材に溝を設けることでワーク404と回転部材の接触面との摩擦力を向上させている。しかしながら、裏当て部材452が鋼材等で構成されている場合、アルミニウムなどの柔らかいワーク404を接合すると、接合ツール402をワーク404に没入するツール没入領域を接合ツール402側から裏当て部材452側に投影した領域では、接合ツール402より受ける加圧力によって、積み重ねられた下側ワークの裏面が溝に圧入され、傷のような跡が残ることが懸念される。
Further, in the friction
また、裏当て部材452がワーク404より柔らかい部材(ゴム等)の場合、接合ツール402より受ける加圧力により溝が変形し、傷のような跡は残らない可能性もあるが、変形が伴うためワーク404に接合ツール402を没入させる量の調整が困難になる。
In addition, when the
そのため、裏当て部材は、平面且つ硬く剛性が高い素材を用いるのが望ましいが、裏当て部材に対してワークがすべると所望の接合強度が得られないおそれがあり、そのようなワークを即座に把握することが望まれる。 For this reason, it is desirable to use a flat, hard, and highly rigid material for the backing member. However, if the workpiece slides against the backing member, the desired bonding strength may not be obtained. It is desirable to grasp.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、裏当て部材に対しワークのすべりを検出可能な摩擦攪拌接合装置を提供することにある。 This invention is made | formed in view of the situation mentioned above, The objective is to provide the friction stir welding apparatus which can detect the slip of a workpiece | work with respect to a backing member.
前述した目的は、以下の態様により達成される。
(1)接合ツールをワークの表面に押し付けつつ回転させることにより、前記接合ツールと前記ワークの接触点に摩擦熱を発生させて該接触点の周囲のワークを軟化させると共に攪拌し、それにより前記接合ツールを前記ワークに没入させる押し込み動作と、該押し込み動作後、前記接合ツールを前記ワークの表面方向に移動させるオフセット動作とを行うことで前記ワークを線状に接合する摩擦攪拌接合装置であって、
前記ワークを支持する裏当て部材に対する、前記ワークの相対移動を検出するすべり検出機構を備えたことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
(2)接合すべき板状のワークの裏面を支持する裏当て部材と、
前記ワークの表面側に、前記裏当て部材との間に前記ワークを挟むように位置する接合ツールと、
前記接合ツールを保持するツール保持部と、
前記ツール保持部をその回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面の法線方向に沿って変位駆動することで、前記接合ツールを前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動させて、回転する前記接合ツールの先端を前記ワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化した前記ワークの材料の内部に前記接合ツールの先端を押し込む押し込み動作を行う加圧軸と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行うオフセット軸と、を備えた摩擦攪拌接合装置であって、
前記裏当て部材に対する、前記ワークの相対移動を検出するすべり検出機構をさらに備えたことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
(3)前記裏当て部材は、互いに直交する2方向をX方向とY方向とすると、基端部からX方向に延びる胴部を経て曲がり部を介して先端部に至るL字形またはC字形をなしており、前記基端部と前記胴部と前記先端部とがX−Y平面上に位置するように形成されるアームの前記先端部に設けられており、
前記加圧軸は、その軸線方向がX方向に設定され、前記アームの基端部に結合された本体部と、該本体部に対してX方向にスライドする可動部とを有し、
前記オフセット軸は、その軸線方向がY方向に設定され、前記加圧軸の可動部に搭載された本体部と、該本体部に対してY方向にスライドする可動部とを有し、
前記回転駆動手段と前記ツール保持部は、前記オフセット軸の可動部に搭載されていることを特徴とする(2)に記載の摩擦攪拌接合装置。
(4)前記すべり検出機構は、前記裏当て部材に接続していることを特徴とする(2)又は(3)に記載の摩擦攪拌接合装置。
(5)前記すべり検出機構は、前記ワークに外周部を接触させる回転体と、前記回転体の角度変動を検出する回転検出機構と、を備えることを特徴とする(2)〜(4)のいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
(6)前記すべり検出機構は、前記回転体を前記ワーク側に付勢する付勢部材をさらに備えることを特徴とする(5)に記載の摩擦攪拌接合装置。
(7)前記回転体には、前記外周部に前記ワークより柔らかい素材からなるすべり止めが設けられていることを特徴とする(5)又は(6)に記載の摩擦攪拌接合装置。
(8)前記回転体は、前記接合ツールを前記ワークに没入するツール没入領域を前記接合ツール側から前記裏当て部材側に投影した領域以外の領域に設けられていることを特徴とする(5)〜(7)のいずれかに記載の摩擦攪拌接合装置。
The object described above is achieved by the following aspects.
(1) By rotating the welding tool while pressing it against the surface of the workpiece, friction heat is generated at the contact point between the welding tool and the workpiece to soften and stir the workpiece around the contact point, thereby A friction stir welding apparatus that joins the workpieces linearly by performing a pushing operation for immersing the joining tool into the workpiece and an offset operation for moving the joining tool toward the surface of the workpiece after the pushing operation. And
A friction stir welding apparatus comprising a slip detection mechanism for detecting relative movement of the workpiece relative to a backing member that supports the workpiece.
(2) a backing member that supports the back surface of the plate-like workpiece to be joined;
A bonding tool located on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece between the backing member;
A tool holding unit for holding the joining tool;
A rotation driving means for rotating the tool holding portion around its rotation axis;
The tip of the welding tool that rotates by moving the welding tool in a direction along the normal direction of the surface of the workpiece by driving the tool holding portion to move along the normal direction of the surface of the workpiece. A pressing shaft that performs a pressing operation to press the tip of the joining tool into the work material softened by frictional heat,
An offset shaft for performing an offset operation for moving the tool holding portion along the surface direction of the workpiece, and a friction stir welding apparatus comprising:
A friction stir welding apparatus further comprising a slip detection mechanism for detecting relative movement of the workpiece with respect to the backing member.
(3) When the two directions orthogonal to each other are defined as an X direction and a Y direction, the backing member has an L shape or a C shape extending from the proximal end portion to the distal end portion via the curved portion extending in the X direction. And the base end portion, the body portion, and the tip end portion are provided at the tip end portion of the arm formed so as to be positioned on the XY plane,
The pressurizing shaft has a main body portion whose axial direction is set to the X direction and is coupled to the base end portion of the arm, and a movable portion that slides in the X direction with respect to the main body portion,
The offset shaft has a main body portion mounted on a movable portion of the pressure shaft, the axial direction of which is set in the Y direction, and a movable portion that slides in the Y direction with respect to the main body portion,
The friction stir welding apparatus according to (2), wherein the rotation driving means and the tool holding portion are mounted on a movable portion of the offset shaft.
(4) The friction stir welding apparatus according to (2) or (3), wherein the slip detection mechanism is connected to the backing member.
(5) The slip detection mechanism includes: a rotating body that contacts an outer peripheral portion of the workpiece; and a rotation detection mechanism that detects an angular variation of the rotating body. (2) to (4) The friction stir welding apparatus according to any one of the above.
(6) The friction stir welding apparatus according to (5), wherein the slip detection mechanism further includes a biasing member that biases the rotating body toward the workpiece.
(7) The friction stir welding apparatus according to (5) or (6), wherein the rotating body is provided with a slip stopper made of a material softer than the workpiece on the outer peripheral portion.
(8) The rotating body is provided in a region other than a region where a tool immersion region for immersing the welding tool into the workpiece is projected from the welding tool side to the backing member side (5). The friction stir welding apparatus according to any of (7) to (7).
上記(1)及び(2)に記載の発明によれば、例えすべりが発生した場合であってもすべり検出機構により裏当て部材に対するワークの相対移動を検出することで、すべりの発生を検出することができる。これにより、すべりに起因して所望の接合強度が得られない不良品の発生及びすべりに起因して接合位置のずれた不良品を即座に把握することができる。 According to the inventions described in the above (1) and (2), even if a slip occurs, the occurrence of slip is detected by detecting the relative movement of the workpiece with respect to the backing member by the slip detection mechanism. be able to. As a result, it is possible to immediately grasp the occurrence of a defective product in which a desired bonding strength cannot be obtained due to slip and the defective product whose joining position is shifted due to slip.
上記(3)に記載の発明によれば、先端部でワークを支持するC字形またはL字形のアームの胴部がX方向に延びていて、アームの基端部と胴部と先端部とがX−Y平面上に位置するように形成され、加圧軸の軸線方向がX方向に設定されると共に、オフセット軸の軸線方向が、アームの剛性の比較的高いY方向に設定されているので、オフセット動作中のアームの先端部の変位を小さく抑えることができ、アームが撓み変形することによるワークの移動量を小さく抑えることができる。従って、ワークの移動量を小さく抑えることによって、ワーク上における接合ツールの移動量とオフセット移動量との誤差を小さくすることができ、精度の良い接合が可能となる。また、オフセット軸は、接合ツールをワークの表面方向に直線移動させるので、スイングと違い、比較的長い距離オフセット動作が可能であり、接合深さも安定するため接合強度を確保することができる。 According to the invention described in (3) above, the trunk portion of the C-shaped or L-shaped arm that supports the workpiece at the distal end extends in the X direction, and the base end, the trunk, and the distal end of the arm are Since the axial direction of the pressure shaft is set to the X direction and the axial direction of the offset shaft is set to the Y direction with relatively high rigidity of the arm. The displacement of the tip of the arm during the offset operation can be kept small, and the amount of movement of the work due to the bending and deformation of the arm can be kept small. Therefore, by suppressing the movement amount of the workpiece to be small, an error between the movement amount of the welding tool on the workpiece and the offset movement amount can be reduced, and high-precision bonding is possible. Further, since the offset shaft linearly moves the joining tool in the surface direction of the workpiece, a relatively long distance offset operation is possible, unlike the swing, and the joining depth is stabilized, so that the joining strength can be ensured.
また、上記(4)に記載の発明によれば、裏当て部材に対するワークの相対移動を容易に検出することができる。 Moreover, according to invention of said (4), the relative movement of the workpiece | work with respect to a backing member can be detected easily.
また、上記(5)に記載の発明によれば、回転体の回転を検出することで裏当て部材に対するワークの相対移動を容易に検出することができる。 Further, according to the invention described in (5) above, the relative movement of the workpiece with respect to the backing member can be easily detected by detecting the rotation of the rotating body.
また、上記(6)に記載の発明によれば、接合ツールの没入量に影響を与えずに回転体とワークとを接触させることができる。 Further, according to the invention described in (6) above, the rotating body and the workpiece can be brought into contact without affecting the immersion amount of the welding tool.
また、上記(7)に記載の発明によれば、傷の発生を抑制しながら回転体に対しワークがすべることを抑制することができる。 Moreover, according to invention of said (7), it can suppress that a workpiece | work slips with respect to a rotary body, suppressing generation | occurrence | production of a damage | wound.
また、上記(8)に記載の発明によれば、回転体を収容する窓部にワークが圧入されることを回避することができる。 Moreover, according to invention of said (8), it can avoid that a workpiece | work is press-fit in the window part which accommodates a rotary body.
以下、本発明の各実施形態の摩擦攪拌接合装置について図面に基づいて説明する。
<第1実施形態>
図1は第1実施形態の摩擦攪拌接合装置の側面図、図2は図1のIIの矢印方向から見た矢視図、図3は同摩擦攪拌接合装置の加圧軸を構成するボールねじ一体型直動案内ユニットの断面図である。
Hereinafter, a friction stir welding apparatus according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a side view of the friction stir welding apparatus according to the first embodiment, FIG. 2 is an arrow view seen from the direction of the arrow II in FIG. 1, and FIG. 3 is a ball screw constituting a pressure shaft of the friction stir welding apparatus It is sectional drawing of an integrated linear motion guide unit.
図1及び図2に示すように、本実施形態の摩擦攪拌接合装置M1は、摩擦攪拌接合のための接合ツール1をワークW(図4、5参照)に接近/離間させる加圧軸2と、接合ツール1を加圧軸2と略直交する方向に直線移動させるオフセット軸3と、接合ツール1をその中心軸線Qまわりに回転させる旋回軸4と、C字形のアーム50(以下、C字形アーム50と呼ぶ。)と、を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the friction stir welding apparatus M1 of the present embodiment includes a
C字形アーム50は、互いに直交する2方向をX方向とY方向とすると、基端部50aからX方向に延びる胴部50bを経て曲がり部を介して先端部50cに至るC字形をなしており、基端部50aと胴部50bと先端部50cとがX−Y平面上に位置するように形成され、先端部50cの内側に裏当て部材52が設けられている。図中、符号51は、加圧力検出手段である。
The C-shaped
加圧軸2は、互いに直交するX軸(X方向に相当)とY軸(Y方向に相当)のうちのX軸として設定され、オフセット軸3はY軸として設定されている。即ち、加圧軸2の軸線方向がX方向に設定され、オフセット軸3の軸線方向がY方向に設定されている。
The pressurizing
この場合の加圧軸2は、C字形アーム50の基端部50aに結合された案内レール13と、該案内レール13に沿ってX方向にスライドするスライダ14とを有している。また、オフセット軸3は、加圧軸2のスライダ14に搭載された案内レール113と、該案内レール113に沿ってY方向にスライドするスライダ114とを有している。また、旋回軸4は、オフセット軸3のスライダ114に搭載された旋回軸ブラケット48と、C字形アーム50の裏当て部材52に保持されたワークWに先端が対向するように接合ツール1を保持したスピンドル30とを有している。
The
ここで、加圧軸2には、ボールねじ一体型直動案内ユニット10が用いられている。このボールねじ一体型直動案内ユニット10は、図3に示すように、直動案内軸受11とボールねじ12の組み合わせて構成されている。直動案内軸受11は、断面が略U字状に形成された案内レール13と、案内レール13のU字状の凹部内に配置されたスライダ14と、案内レール13とスライダ14の間に配置された複数の転動体15と、を備えている。案内レール13は、スライダ14と対向配置される各袖部13Aの内側面に転動面16Aを有し、スライダ14は、案内レール13の転動面16Aに対向配置される転動面16Bを有しており、案内レール13の転動面16Aとスライダ14の転動面16Bとの間に転動体(図ではコロ)15が介在され、それにより、スライダ14と案内レール13とが相対的に直線移動可能とされている。
Here, a ball screw integrated linear
この場合、案内レール13の転動面16Aとスライダ14の転動面16Bとの間には、転動体15の移動する転動通路16が、左右それぞれ上下に二列、即ち全体で二対四列形成されている。スライダ14には、転動体15の戻し通路16Dと、戻し通路16Dと転動通路16とを連通する方向転換路(不図示)とが形成され、転動体15が、転動通路16と方向転換路と戻し通路16Dとから構成される無限循環路を循環するようになっている。
In this case, between the rolling
また、ボールねじ12は、案内レール13と平行に形成されたボールねじナット17と、ボールねじナット17を貫通するボールねじ軸18と、ボールねじナット17の螺旋溝とボールねじ軸18の螺旋溝との間に配置された複数のボール19と、を備えている。そして、ボールねじ一体型直動案内ユニット10は、ボールねじ12の要素であるボールねじナット17を直動案内軸受11の要素であるスライダ14に直接形成することにより、ボールねじ12と直動案内軸受11とを一体に備えた機構部品として構成されている。
The ball screw 12 includes a
また、オフセット軸3には、直動案内軸受110Aとボールねじ110Bを組み合わせたものが用いられている。直動案内軸受110Aは、間に空所を隔てて互いに平行に配された2本のレール部113A、113Aを有する案内レール113と、案内レール113の各レール部113A、113Aに案内されてスライドする2つのスライド部114A、114Aを有するスライダ114と、各レール部113A、113Aとスライド部114A、114Aとの間に配置された不図示の複数の転動体とを備えており、案内レール113の端部が、加圧軸2を構成するボールねじ一体型直動案内ユニット10のスライダ14に結合されることで、案内レール113の2本のレール部113A、113AがY方向に平行に延びている。これら2本のレール部113A、113Aは、後述する旋回軸モータ44の両側に配されており、旋回軸モータ44は2本のレール部113A、113Aの間の空所に収容されている。
The offset
また、ボールねじ110Bは、案内レール113の側方に配置されており、案内レール113のレール部113A、113Aと平行に形成されたボールねじナット(不図示)と、ボールねじナットを貫通するボールねじ軸118と、ボールねじナットの螺旋溝とボールねじ軸118の螺旋溝との間に配置された複数のボール(不図示)とを備えている。そして、ボールねじ軸118を回転させることにより、スライダ114を案内レール113のガイドによりY方向に直線移動できるようになっている。
The
また、加圧軸2のスライダ14及びオフセット軸3のスライダ114は、それぞれ加圧軸2のボールねじ12及びオフセット軸3のボールねじ110Bによって駆動され、加圧軸2のボールねじ12及びオフセット軸3のボールねじ110Bは、それぞれベルト41A、41Bを介して加圧軸モータ42及びオフセット軸モータ43によって駆動される。
The
オフセット軸3を構成する直動案内軸受110Aのスライダ114には、旋回軸ブラケット48を介して、接合ツール1を回転自在に装着したスピンドル30が固定されている。接合ツール1は、旋回軸4を構成するスピンドル30によってツールホルダ35を介して回転自在に保持され、円柱状のツール基部1aと、ツール基部下端面のショルダ部1bから下方に突出するツール基部1aより小さい外径のツールピン1cとを備えて構成されている。スピンドル30は、複数の軸受31と、軸受31を収容するスピンドルハウジング32と、軸受31によって回転自在に保持されたスピンドルシャフト33とによって構成され、スピンドルシャフト33の接合ツール1側には、接合ツール1を着脱可能に保持するツールホルダ35が設けられている。スピンドルシャフト33は、カップリングを介して旋回軸モータ44によって駆動される。
A
また、この摩擦攪拌接合装置M1では、接合ツール1の中心軸線Qが加圧軸2の軸線(X軸)に対して所定の角度だけ傾斜している。傾斜の方向は、オフセット動作において、接合ツール1をオフセット(進行)させる矢印YA方向である。このように接合ツール1を傾斜させることにより、オフセット動作時の接合ツール1の進行方向に対して、接合ツール1のショルダ部1bをワークWに対して向い角を持って接触させることができるようになる。それにより、流動化したワークWの材料が、接合ツール1のショルダ部1bに対してクサビ状に流れ込む作用が発生し、加圧軸2を大きく移動することなく、ワークWへの加圧力を保持することができるようになる。
Further, in the friction stir welding apparatus M1, the central axis Q of the
このように構成された摩擦攪拌接合装置M1は、接合ツール1と裏当て部材52の間にワークWを挟むことで、ワークWに対して接合ツール1により加圧力を作用させることができるようになっており、接合ツール1をワークWに押し付けつつ回転させることにより、接合ツール1とワークWの接触点に摩擦熱を発生させて当該接触点の周囲の材料を軟化させると共に攪拌し、それにより接合ツール1をワークWに没入させる押し込み動作と、押し込み動作の後、接合ツール1をワークWの表面方向(YA方向)に移動させるオフセット動作とを行うことで、積層されたワークWを線状に接合する。
The friction stir welding apparatus M <b> 1 configured in this way can apply pressure to the workpiece W by the
この摩擦攪拌接合装置M1における押し込み動作及びオフセット動作は、ワークWと裏当て部材52の素材同士の静止摩擦係数により、すべりが発生しないとされる接合パラメータ(ツール没入方向の加圧力、オフセット軸速度等)の範囲内にて行われる。 The pressing operation and the offset operation in the friction stir welding apparatus M1 are performed according to the welding parameters in which no slip occurs due to the static friction coefficient between the workpiece W and the backing member 52 (the pressure in the tool immersion direction, the offset shaft speed). Etc.).
しかしながら、この場合においても、ワークWの成型等に用いる潤滑油、防錆油等の脱脂が不完全な場合、洗浄剤の乾燥が不十分等の理由でワークWと裏当て部材52間に液体が浸入した場合、及び摩擦攪拌接合装置M1やワークWに異常な振動が加わった場合等では、すべり発生の確率が上昇することが懸念されるが、後述するすべり検出機構60により裏当て部材52に対するワークWの相対移動、即ちすべりを検出することができる。
However, even in this case, when the degreasing of lubricating oil, rust preventive oil, or the like used for molding the workpiece W is incomplete, there is a liquid between the workpiece W and the backing
すべり検出機構60は、図4(a)及び(b)に示すように、回転体61と、回転体61の角度変動を検出する回転検出機構64と、を備えて裏当て部材52に接続されており、回転体61の回転角又は角度変動を検出することで裏当て部材52に対するワークWの相対移動、即ちすべりを検出するものである。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the slip detection mechanism 60 includes a
これら回転体61と回転検出機構64は、円柱状の裏当て部材52の内部に設けられており、回転体61を回転自在に支持する軸63が、裏当て部材52の中心Oを通って裏当て部材52に形成された一対のガイド穴52bに支持されている。一対のガイド穴52bは、縦長形状を有しており軸63の上下移動(X方向)を許容する。
The rotating
軸63に回転自在に支持される回転体61は、中心Oから等距離に2つ設けられており、図5に示す、接合ツール1をワークWに没入するツール没入領域を接合ツール1側から裏当て部材52側に投影した領域(以下、接合ツール投影領域Rと呼ぶ。)以外の領域に設けられている。裏当て部材52の上面52aには、回転体61を収容する窓部52cが設けられている。このように、回転体61を接合ツール投影領域R以外の領域に設けることで、回転体61を収容する窓部52cにワークWが圧入されることを回避することができる。
Two
回転体61の回転方向は、接合ツール1をオフセット(進行)させる矢印YA方向となっており、すべりが発生する可能性の高いオフセット動作時におけるすべりを確実に検出できるようになっている。
The rotating direction of the
また、裏当て部材52の内部には、回転体61の下方にばね部材65が配置されており、回転体61がばね部材65により常時、下方から上方にワークW側に向かって付勢されている。従って、回転体61は、ワークWが裏当て部材52に設置されていない状態では、図6の実線で示すように、外周部62が裏当て部材52の上面52aよりも突出している。また、ワークWが裏当て部材52に設置された状態では、図6の破線で示すように、ばね部材65が収縮して、外周部62が裏当て部材52の上面52aと面一となってワークWに接触する。このようにばね部材65を設けることにより、接合ツール1の没入量に影響を与えずに回転体61とワークWとを接触させることができる。
In addition, a
回転体61の外周部62には、ワークWより柔らかい素材からなる例えばゴム等からなるすべり止め(不図示)が設けられており、接触状態におけるワークWとのすべりが防止されている。
The outer
回転検出機構64は、例えば、ポテンショメーター、ロータリーエンコーダー等から構成されており、回転体61の回転角又は角度変動を検出する。なお、裏当て部材52に対し、回転体61と軸63とを一体回転可能に構成して、回転検出機構64が軸63の回転角又は角度変動を検出するように構成してもよい。
The
このようにすべり検出機構60が設けられた摩擦攪拌接合装置M1においては、例えばオフセット動作中にワークWが裏当て部材52に対し相対移動、即ちすべりが発生すると、回転体61がワークWの移動に伴って回転する。回転体61が回転すると、回転検出機構64がその回転を検出しすべりの発生を検出することができる。従って、例えすべりが発生したとしても、すべりに起因して所望の接合強度が得られない不良品の発生及びすべりに起因して接合位置のずれた不良品を即座に把握することができる。
In the friction stir welding apparatus M1 provided with the slip detection mechanism 60 in this manner, for example, when the workpiece W moves relative to the backing
すべり検出機構は、上記実施形態のすべり検出機構60に限定されず以下の変形例のように構成してもよい。 The slip detection mechanism is not limited to the slip detection mechanism 60 of the above embodiment, and may be configured as in the following modification.
図7(a)は第1変形例のすべり検出機構60Aを示すものである。
すべり検出機構60Aでは、2つの回転体61が、裏当て部材52の外部に位置するように、裏当て部材52の中心Oを通る軸63に回転自在に支持されている。
FIG. 7A shows a
In the slip detection mechanism 60 </ b> A, the two
図7(b)は第2変形例のすべり検出機構60Bを示すものである。
すべり検出機構60Bでは、軸63が裏当て部材52から延びる2本の腕部66に支持されており、1つの回転体61が2本の腕部66の間に回転自在に支持されている。
FIG. 7B shows a
In the slip detection mechanism 60 </ b> B, the
図7(c)は第3変形例のすべり検出機構60Cを示すものである。
すべり検出機構60Cでは、軸63が裏当て部材52から延びる1本の腕部66に支持されており、2つの回転体61が1本の腕部66を挟むように腕部66の両側に回転自在に支持されている。
FIG. 7C shows a
In the
これらのすべり検出機構60A〜60Cにおいても、すべり検出機構60と同様にすべりの発生を検出することができ、例えすべりが発生したとしても、すべりに起因して所望の接合強度が得られない不良品及びすべりに起因して接合位置のずれた不良品の発生を即座に把握することができる。
In these
次に本発明の第2実施形態の摩擦攪拌接合装置について図面に基づいて説明する。
<第2実施形態>
図8は第2実施形態の摩擦攪拌接合装置の側面図、図9は図8のIXの矢印方向から見た矢視図である。なお、第2実施形態の摩擦攪拌接合装置M2は、オフセット軸3の構成とオフセット動作時の接合ツール1の進行方向が異なる以外、第1実施形態の摩擦攪拌接合装置M1と同一又は同等の構成を有する。従って、第1実施形態の摩擦攪拌接合装置M1と同一又は同等の構成については同一又は同等の符号を付してその説明を省略する。
Next, a friction stir welding apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
Second Embodiment
FIG. 8 is a side view of the friction stir welding apparatus according to the second embodiment, and FIG. 9 is a view as seen from the direction of the arrow IX in FIG. The friction stir welding apparatus M2 of the second embodiment has the same or equivalent configuration as the friction stir welding apparatus M1 of the first embodiment except that the configuration of the offset
第2実施形態の摩擦攪拌接合装置M2では、加圧軸2が、互いに直交するX軸(X方向に相当)とY軸(Y方向に相当)うちのX軸として設定され、オフセット軸3はこれらX軸とY軸に直交するZ軸(Z方向に相当)として設定されている。即ち、加圧軸2の軸線方向がX方向に設定され、オフセット軸3の軸線方向がZ方向に設定されている。これら加圧軸2とオフセット軸3は、2軸駆動ユニット5の互いに直交する2軸をなしている。
In the friction stir welding apparatus M2 of the second embodiment, the pressurizing
2軸駆動ユニット5は、第1のボールねじ一体型直動案内ユニット10Aと第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10Bとを、両者の軸線方向を互いに直交する関係に設定して組み合わせることで構成されている。
The
加圧軸2を構成する第1のボールねじ一体型直動案内ユニット10A及びオフセット軸3を構成する第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10Bは、それぞれ、例えば図3に示すように、直動案内軸受11とボールねじ12の組み合わせで構成されている。なお、第1及び第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10A、10Bの構成は、第1実施形態のボールねじ一体型直動案内ユニット10と同様なので説明は省略する。
As shown in FIG. 3, for example, the first ball screw-integrated linear
スピンドル30と旋回軸モータ44は、旋回軸ブラケット48を介して、オフセット軸3の案内レール13の取り付け面13aに固定されている。旋回軸ブラケット48とオフセット軸3の案内レール13の側面13bとの間には、傾斜付与部材49が設けられおり、オフセット軸3と加圧軸2に直交する方向(図9のY方向)から見て接合ツール1の中心軸線Qが加圧軸2の軸線に対して所定の角度だけ傾斜している。傾斜の方向は、オフセット動作において、接合ツール1をオフセット(進行)させるZA方向である。
The
このように構成された摩擦攪拌接合装置M2においても、接合ツール1をワークWに押し付けつつ回転させることにより、接合ツール1とワークWの接触点に摩擦熱を発生させて当該接触点の周囲の材料を軟化させると共に攪拌し、それにより接合ツール1をワークWに没入させる押し込み動作と、押し込み動作の後、接合ツール1をワークWの表面方向(ZA方向)に移動させるオフセット動作とを行うことで、積層されたワークWを線状に接合することができる。
Also in the friction stir welding apparatus M2 configured in this manner, by rotating the
そして、この摩擦攪拌接合装置M2においても、すべり検出機構60(又は60A〜60Cのいずれか)を備えることで、例えすべりが発生したとしても、すべりに起因して所望の接合強度が得られない不良品の発生及びすべりに起因して接合位置のずれた不良品を即座に把握することができる。なお、摩擦攪拌接合装置M2の場合、回転体61の回転方向は、接合ツール1をオフセット(進行)させる矢印ZA方向となっている。
And also in this friction stir welding apparatus M2, by providing the slip detection mechanism 60 (or any one of 60A-60C), even if a slip generate | occur | produces, desired joining intensity | strength cannot be obtained due to a slip. It is possible to immediately grasp a defective product whose joining position is shifted due to the occurrence and slip of a defective product. In the case of the friction stir welding apparatus M2, the rotating direction of the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimensions, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.
例えば、上記実施形態では、第1実施形態の加圧軸2、第2実施形態の加圧軸2とオフセット軸3とをボールねじ一体型直動案内ユニットによって構成したが、第1実施形態のオフセット軸3と同様に独立したボールねじ及び直動案内軸受によって構成してもよい。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態では、各転動体としてコロを使用した場合を説明したが、ボールを使用してもよいし、ある直動案内軸受の転動体はコロにし、別の直動案内軸受の転動体はボールにするといった組み合わせにしてもよい。 In the above embodiment, the case where a roller is used as each rolling element has been described. However, a ball may be used, or the rolling element of a certain linear motion guide bearing is a roller, and the rolling element of another linear motion guide bearing is used. The moving body may be a combination such as a ball.
また、上記実施形態では、直動案内軸受11を方向転換路と戻し通路16Dとを備えて転動通路16に転動体15を循環させる方式の直動案内軸受としたが、これに限定されず、転動体15を循環させる機構を備えない非循環方式の直動案内軸受としてもよい。
In the above-described embodiment, the linear motion guide bearing 11 is a linear motion guide bearing having a direction changing path and a
また、上記実施形態では、接合ツール1の中心軸線Qを加圧軸2の軸線に対して傾斜させたが、これに限定されず、接合ツール1の中心軸線Qを加圧軸2の軸線と平行に設定してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the center axis Q of the joining
また、上記実施形態では、加圧軸モータ42及びオフセット軸モータ43の動力を加圧軸2やオフセット軸3のボールねじ18に伝達する方式にベルト方式を採用していたが、カップリングやギヤを介して加圧軸モータ42及びオフセット軸モータ43によりボールねじ18を直結駆動してもよい。カップリングを介して直結駆動することで、より高応答な制御が可能となる。
In the above-described embodiment, the belt method is adopted as a method for transmitting the power of the
M1、M2 摩擦攪拌接合装置
1 接合ツール
2 加圧軸
3 オフセット軸
13 案内レール(本体部)
14 スライダ(可動部)
30 スピンドル(回転駆動手段)
35 ツールホルダ(ツール保持部)
50 C字形アーム
50a 基端部
50b 胴部
50c 先端部
52 裏当て部材
60、60A、60B、60C すべり検出機構
61 回転体
64 回転検出機構
65 ばね部材(付勢部材)
113 案内レール(本体部)
114 スライダ(可動部)
R ツール没入領域
M1, M2 Friction
14 Slider (movable part)
30 spindle (rotation drive means)
35 Tool holder (tool holder)
50 C-shaped
113 Guide rail (main part)
114 Slider (movable part)
R tool immersion area
Claims (8)
前記ワークを支持する裏当て部材に対する、前記ワークの相対移動を検出するすべり検出機構を備えたことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 By rotating the welding tool while pressing it against the surface of the workpiece, frictional heat is generated at the contact point between the welding tool and the workpiece to soften and agitate the workpiece around the contact point. A friction stir welding apparatus that joins the workpieces linearly by performing a pushing operation for immersing the workpiece and an offset operation for moving the joining tool in the surface direction of the workpiece after the pushing operation,
A friction stir welding apparatus comprising a slip detection mechanism for detecting relative movement of the workpiece relative to a backing member that supports the workpiece.
前記ワークの表面側に、前記裏当て部材との間に前記ワークを挟むように位置する接合ツールと、
前記接合ツールを保持するツール保持部と、
前記ツール保持部をその回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面の法線方向に沿って変位駆動することで、前記接合ツールを前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動させて、回転する前記接合ツールの先端を前記ワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化した前記ワークの材料の内部に前記接合ツールの先端を押し込む押し込み動作を行う加圧軸と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行うオフセット軸と、を備えた摩擦攪拌接合装置であって、
前記裏当て部材に対する、前記ワークの相対移動を検出するすべり検出機構をさらに備えたことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 A backing member that supports the back side of the plate-like workpieces to be joined;
A bonding tool located on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece between the backing member;
A tool holding unit for holding the joining tool;
A rotation driving means for rotating the tool holding portion around its rotation axis;
The tip of the welding tool that rotates by moving the welding tool in a direction along the normal direction of the surface of the workpiece by driving the tool holding portion to move along the normal direction of the surface of the workpiece. A pressing shaft that performs a pressing operation to press the tip of the joining tool into the work material softened by frictional heat,
An offset shaft for performing an offset operation for moving the tool holding portion along the surface direction of the workpiece, and a friction stir welding apparatus comprising:
A friction stir welding apparatus further comprising a slip detection mechanism for detecting relative movement of the workpiece with respect to the backing member.
前記加圧軸は、その軸線方向がX方向に設定され、前記アームの基端部に結合された本体部と、該本体部に対してX方向にスライドする可動部とを有し、
前記オフセット軸は、その軸線方向がY方向に設定され、前記加圧軸の可動部に搭載された本体部と、該本体部に対してY方向にスライドする可動部とを有し、
前記回転駆動手段と前記ツール保持部は、前記オフセット軸の可動部に搭載されていることを特徴とする請求項2に記載の摩擦攪拌接合装置。 The backing member has an L-shape or C-shape that extends from the base end portion to the distal end portion through the curved portion, when the two directions perpendicular to each other are the X direction and the Y direction. The base end portion, the body portion, and the tip end portion are provided at the tip end portion of the arm formed so as to be positioned on the XY plane,
The pressurizing shaft has a main body portion whose axial direction is set to the X direction and is coupled to the base end portion of the arm, and a movable portion that slides in the X direction with respect to the main body portion,
The offset shaft has a main body portion mounted on a movable portion of the pressure shaft, the axial direction of which is set in the Y direction, and a movable portion that slides in the Y direction with respect to the main body portion,
The friction stir welding apparatus according to claim 2, wherein the rotation driving means and the tool holding portion are mounted on a movable portion of the offset shaft.
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WO2015097727A1 (en) * | 2013-12-27 | 2015-07-02 | 川崎重工業株式会社 | Friction stir spot welding apparatus, friction stir spot welding method, and device for detecting perpendicularity to surface for friction stir spot welding |
-
2012
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JPWO2015097727A1 (en) * | 2013-12-27 | 2017-03-23 | 川崎重工業株式会社 | Friction stir spot welding device, friction stir spot welding method, and friction stir spot welding surface straightness detection device |
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