JP2015066575A - 摩擦撹拌工具、摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】突き合わせた一対の金属板5の開先部6に対し、開先部6の表面側に配置される第1回転ツール21と、開先部6の裏面側に配置される第2回転ツール22と、を備え、第1回転ツール21は、開先部6の表面と接する第1ショルダ部35を有する第1ツール本体31と、第1ツール本体31から先端側に突出する第1プローブ32と、第1プローブ32から先端側に突出する突起部33と、を有し、第2回転ツール21は、開先部6の裏面と接する第2ショルダ部45を有する第2ツール本体41と、第2ツール本体41から先端側に突出する第2プローブ42と、第2プローブ42に設けられ、第1回転ツール21の突起部33を収容可能な突起収容部43と、を有する。
【選択図】図1
Description
5 金属板
6 開先部
7 タブ板
8 貫通穴
10 摩擦撹拌工具
11 第1押圧回転機構
12 第2押圧回転機構
13 第1移動機構
14 第2移動機構
15 支持治具
16 工具負荷検出器
20 制御部
21 第1回転ツール
22 第2回転ツール
31 第1ツール本体
32 第1プローブ
33 突起部
35 第1ショルダ部
41 第2ツール本体
42 第2プローブ
43 突起収容部
45 第2ショルダ部
51 第1モータ負荷検出器
52 第2モータ負荷検出器
100 摩擦撹拌接合装置(実施例2)
102 第1プローブ(実施例2)
103 突起部(実施例2)
105 固定穴
106 フランジ収容部
111 突起本体
112 ねじ部
113 フランジ部
120 摩擦撹拌接合装置(実施例3)
132 第1プローブ(実施例3)
133 突起ピン
141 第1挿通穴
142 第2挿通穴
145 軸移動回転機構
146 押出しピン
147 軸移動機構
I1 第1回転軸
I2 第2回転軸
Claims (30)
- 金属材の被接合部に対し、前記被接合部を挟んで一方側に配置される第1回転ツールと、
前記被接合部を挟んで他方側に配置され、前記第1回転ツールに対向して設けられる第2回転ツールと、を備え、
前記第1回転ツールは、
前記被接合部の一方側の面と接する第1ショルダ部を有する第1ツール本体と、
前記第1ツール本体から前記第2回転ツールに向かって突出する第1プローブと、
前記第1プローブから前記第2回転ツールに向かって突出する突起部と、を有し、
前記第2回転ツールは、
前記被接合部の他方側の面と接する第2ショルダ部を有する第2ツール本体と、
前記第2ツール本体から前記第1回転ツールに向かって突出する第2プローブと、
前記第2プローブに設けられ、前記第1回転ツールの前記突起部を収容可能な突起収容部と、を有することを特徴とする摩擦撹拌工具。 - 前記突起部の突出方向における長さは、前記第1プローブ及び前記突起部を合わせた突出方向における長さに比して、50%以下となっていることを特徴とする請求項1に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記突起部の回転直径は、前記第2プローブの前記第1回転ツール側の回転直径に対し、40%から80%までの間の直径となっていることを特徴とする請求項1または2に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記突起部と、前記突起部が収容される前記突起収容部の内面との間には、非接触状態となる所定の隙間が設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記突起収容部は、前記第2回転ツールの回転軸に直交する面で切った断面が円形となっていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記突起部は、前記第1回転ツールの回転軸に直交する面で切った断面が多角形となっていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記被接合部の厚さが、予め想定される最大厚さである場合、
前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールは、前記被接合部の溶接時において、前記突起収容部に前記突起部の少なくとも一部を収容した状態で回転させられることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。 - 前記被接合部の一方側の面に直交する方向と前記第1回転ツールの回転軸とがなす角度、及び前記被接合部の他方側の面に直交する方向と前記第2回転ツールの回転軸とがなす角度は、0°から3°の間の角度であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記突起部は、前記第1プローブに対し、着脱自在に固定されることを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記第1プローブは、前記突起部を固定する固定穴をさらに有し、
前記突起部は、前記固定穴の外側に突出し、前記第1プローブに接触するフランジ部を有することを特徴とする請求項9に記載の摩擦撹拌工具。 - 前記突起部は、前記第2プローブよりも硬度の低い材料を用いて構成されることを特徴とする請求項9または10に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記突起部は、前記被接合部の厚さに応じて突出方向の長さが異なるものが複数種用意されていることを特徴とする請求項9から11のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記第1回転ツールは、
前記第1回転ツールの回転軸に沿って、前記第1プローブに貫通形成される第1挿通穴と、
前記第1挿通穴の内部を移動可能な突起ピンと、を有し、
前記突起部は、前記第1挿通穴から突出する前記突起ピンの一部であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。 - 前記突起収容部は、前記第2回転ツールの回転軸に沿って、前記第2プローブに貫通形成され、前記突起ピンの一部が挿入される第2挿通穴であることを特徴とする請求項13に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記第2回転ツールは、
前記第2挿通穴の内部を移動可能な押出しピンを、さらに有することを特徴とする請求項14に記載の摩擦撹拌工具。 - 前記突起ピンと前記第1挿通穴とは、スプラインで結合されていることを特徴とする請求項13から15のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記突起ピンは、前記第1挿通穴に対して回転自在に挿通されていることを特徴とする請求項13から15のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記突起ピンと前記第1挿通穴との隙間は、前記突起ピンの前記第2回転ツール側となる先端側が狭く、前記突起ピンの後端側が広いことを特徴とする請求項13から17のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。
- 前記被接合部は、一対の板状の前記金属材を突き合わせることで形成される開先部であることを特徴とする請求項1から18のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具。
- 請求項1から19のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具と、
前記摩擦撹拌工具の前記第1回転ツールの前記第1ショルダ部を前記被接合部の一方側の面に押し当てた状態で、前記第1回転ツールを回転させる第1押圧回転機構と、
前記摩擦撹拌工具の前記第2回転ツールの前記第2ショルダ部を前記被接合部の他方側の面に押し当てた状態で、前記第2回転ツールを回転させる第2押圧回転機構と、
前記金属材に対し、前記第1回転ツールを前記金属材の前記被接合部に沿って移動させる第1移動機構と、
前記金属材に対し、前記第2回転ツールを前記金属材の前記被接合部に沿って移動させる第2移動機構と、
前記第1押圧回転機構、前記第2押圧回転機構、前記第1移動機構及び前記第2移動機構を制御する制御部と、を備えることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 - 前記第1移動機構及び前記第2移動機構は、前記金属材の前記被接合部に沿って前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールを同期して移動させることを特徴とする請求項20に記載の摩擦撹拌接合装置。
- 前記摩擦撹拌工具の負荷を検出する工具負荷検出器を、さらに備え、
前記制御部は、前記工具負荷検出器の検出結果に基づいて、前記摩擦撹拌工具の負荷が小さくなるように、前記第1押圧回転機構、前記第2押圧回転機構、前記第1移動機構及び前記第2移動機構の少なくとも1つを制御することを特徴とする請求項20または21に記載の摩擦撹拌接合装置。 - 前記工具負荷検出器は、前記第1移動機構の動力源に加わる負荷を検出する第1動力負荷検出器と、前記第2移動機構の動力源に加わる負荷を検出する第2動力負荷検出器と、を有し、
前記制御部は、前記第1動力負荷検出器により検出された負荷と、前記第2動力負荷検出器により検出された負荷との差分が小さくなるように、前記第1移動機構及び前記第2移動機構の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項22に記載の摩擦撹拌接合装置。 - 前記工具負荷検出器は、前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールの少なくとも一方の回転軸の歪みを検出する歪み検出器を有し、
前記制御部は、前記歪み検出器により検出された歪みが小さくなるように、前記第1移動機構及び前記第2移動機構の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項22に記載の摩擦撹拌接合装置。 - 前記工具負荷検出器は、前記摩擦撹拌工具の作動音を検出する作動音検出器を有し、
前記制御部は、前記作動音検出器により検出された作動音が小さくなるように、前記第1移動機構及び前記第2移動機構の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項22に記載の摩擦撹拌接合装置。 - 前記工具負荷検出器は、前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールの少なくとも一方の振動を検出する振動検出器を有し、
前記制御部は、前記振動検出器により検出された振動モードが、前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールの少なくとも一方に負荷が加わったときの負荷振動モードである場合、前記負荷振動モード以外の振動モードとなるように、前記第1移動機構及び前記第2移動機構の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項22に記載の摩擦撹拌接合装置。 - 請求項1から19のいずれか1項に記載の摩擦撹拌工具を用いて、前記金属材の前記被接合部を溶接する摩擦撹拌接合方法であって、
接合開始点に予め貫通形成された貫通穴に対し、前記貫通穴の一方側から前記第1回転ツールを挿入し、前記貫通穴の他方側から前記第2回転ツールを挿入すると共に、前記第1回転ツールの前記突起部を、前記第2回転ツールの前記突起収容部に収容させ、前記第1回転ツールと前記第2回転ツールとを回転させる回転工程と、
前記第1回転ツールと前記第2回転ツールとの差し込み位置を相対的に調整する位置調整工程と、
前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールを前記金属材の前記被接合部に沿って前記接合開始点から接合終了点まで移動させる移動工程と、
前記接合終了点において、前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールを回転させた状態で、前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールを前記被接合部から引き抜く引抜工程と、を備えることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 - 前記移動工程では、前記第1回転ツールと前記第2回転ツールとの位置を相対的に調整していることを特徴とする請求項27に記載の摩擦撹拌接合方法。
- 前記貫通穴は、一方側の前記第1回転ツールと前記貫通穴との隙間と、他方側の前記第2回転ツールと前記貫通穴との隙間とが異なるような内径となっていることを特徴とする請求項27または28に記載の摩擦撹拌接合方法。
- 前記接合開始点及び前記接合終了点の少なくとも一方は、前記金属材に取り付けられたタブ板上となっていることを特徴とする請求項27から29のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合方法。
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