JP3291492B2 - 摩擦攪拌接合装置 - Google Patents

摩擦攪拌接合装置

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JP3291492B2
JP3291492B2 JP2000235713A JP2000235713A JP3291492B2 JP 3291492 B2 JP3291492 B2 JP 3291492B2 JP 2000235713 A JP2000235713 A JP 2000235713A JP 2000235713 A JP2000235713 A JP 2000235713A JP 3291492 B2 JP3291492 B2 JP 3291492B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転による摩擦熱
で被接合物を軟化、攪拌して接合する摩擦攪拌接合装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】摩擦攪拌接合装置では、先端にピンを有
する回転子を高速で回転させながら、回転子先端のピン
をワークに押圧する。すると、ワークに押圧された状態
で回転することにより摩擦熱が発生して押圧部が軟化
し、ピンがワークに挿入される。回転するピンが挿入さ
れることによって、軟化した母材が攪拌され、塑性流動
を起こす。このように攪拌して2枚のワークの接合部で
塑性流動を起こすことによって、2枚のワークが接合さ
れることになる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】摩擦攪拌接合装置で
は、上述したように、回転子を高速で回転させながら、
回転子先端をワークに押し付ける必要があるので、回転
子の回転用駆動源と直進用駆動源の2つの駆動源を必要
とする。このような2つの駆動源を用いると、装置重量
が重くなり、また装置全体の構成も大きくなる。また、
製造コスト、使用電力も大きくなるといった問題を有す
る。
【0004】本発明の目的は、小型、軽量で、イニシャ
ルコスト、維持費の低減した摩擦攪拌接合装置を提供す
ることである。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
は、高速回転する回転子を回転軸線方向に移動させ、先
端部を被接合物に押圧し、前記先端部と前記被接合物と
の接触部を、回転により摩擦熱で軟化させ、攪拌して被
接合物を接合する摩擦攪拌接合装置において、回転子の
回転軸線まわりの回転駆動と、回転子の回転軸線方向へ
の直進駆動とを1つの駆動源で行ない、前記駆動源の駆
動方向を変えることによって、回転子の直進移動方向を
変えることを特徴とする摩擦攪拌接合装置である。
【0006】本発明に従えば、回転子の回転駆動と直進
駆動とを1つの駆動源で行なうことにより、装置を小
型、軽量化することができる。また、1つの駆動源で済
むので、イニシャルコストおよび維持費を低減すること
ができる。また制御対象は、1つの駆動源のみでよいの
で、制御も簡単となる。本発明に従えば、前記クラッチ
を電磁クラッチとすることで、容易にクラッチを制御す
ることができる。また、励磁する電流を変化させること
によって、容易にクラッチトルクを調整することができ
る。本発明に従えば、駆動源の駆動方向を変えることに
よって、容易に回転子の移動方向を変えることができ
る。請求項2記載の本発明は、高速回転する回転子を回
転軸線方向に移動させ、先端部を被接合物に押圧し、前
記先端部と前記被接合物との接触部を、回転により摩擦
熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接
合装置において、回転子の回転軸線まわりの回転駆動
と、回転子の回転軸線方向への直進駆動とを1つの駆動
源で行ない、回転子先端の被接合物への押圧力は、可変
であることを特徴とする摩擦攪拌接合装置である。さら
に本発明に従えば、押圧力を可変とすることで、被接合
物に応じて、接合状態をきめ細かく制御することができ
る。
【0007】請求項3記載の本発明は、高速回転する回
転子を回転軸線方向に移動させ、先端部を被接合物に押
圧し、前記先端部と前記被接合物との接触部を、回転に
より摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩
擦攪拌接合装置において、回転子の回転軸線まわりの回
転駆動と、回転子の回転軸線方向への直進駆動とを1つ
の駆動源で行ない、前記回転子を、回転軸線まわりに回
転させる回転駆動源と、回転駆動源を保持し、回転子を
回転軸線まわりに回転自在に、かつ回転軸線方向へ移動
可能に支持する支持部材と、回転子に固定され、回転子
の回転軸線を中心とする第1ねじ部材と、第1ねじ部材
に螺合し、回転軸線まわりに回転可能で、かつ回転軸線
方向への移動が阻止されて前記支持部材に支持される第
2ねじ部材と、支持部材に支持され、第2ねじ部材の回
転を制動するブレーキとを備えることを特徴とする摩擦
攪拌接合装置である。
【0008】本発明に従えば、回転子は、回転および直
進移動可能に支持部材に支持されており、回転駆動源に
よって回転する。回転子には第1ねじ部材が固定されて
おり、この第1ねじ部材に螺合する第2ねじ部材が、回
転可能に支持部材に支持されており、この第2ねじ部材
にはブレーキが設けられる。したがって、ブレーキによ
って第2ねじ部材の回転を阻止すると、第1ねじ部材は
第2ねじ部材に対して相対的に回転し、これによって、
回転子は直進移動する。つまり、回転子は回転しながら
直進移動することになる。
【0009】また、ブレーキを解除して第2ねじ部材を
回転可能とすると、第2ねじ部材は第1ねじ部材に対し
て相対回転せず、第1ねじ部材とともに回転する。これ
によって、回転子の直進移動が停止する。このようにし
て、1つ回転駆動源で、回転子の回転および直進移動を
行なうことができる。
【0010】請求項4記載の本発明は、前記ブレーキは
電磁ブレーキであり、回転駆動源で回転子を回転させ、
前記電磁ブレーキを励磁して第2ねじ部材の回転を阻止
することで、回転子を回転軸線方向に直進移動させて被
接合物に回転子先端を押圧し、電磁ブレーキの励磁を解
除することで、回転子の直進移動を停止させることを特
徴とする。
【0011】本発明に従えば、前記ブレーキを電磁ブレ
ーキとすることで、容易にブレーキを制御することがで
きる。また、励磁する電流を変化させることによって、
容易にブレーキトルクを調整することができる。
【0012】請求項5記載の本発明は、高速回転する回
転子を回転軸線方向に移動させ、先端部を被接合物に押
圧し、前記先端部と前記被接合物との接触部を、回転に
より摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩
擦攪拌接合装置において、回転子の回転軸線まわりの回
転駆動と、回転子の回転軸線方向への直進駆動とを1つ
の駆動源で行ない、前記回転子を、回転軸線まわりに回
転させる回転駆動源と、回転駆動源を保持し、回転子を
回転軸線まわりに回転自在に、かつ回転軸線方向へ移動
可能に支持する支持部材と、回転子に対して、回転軸線
方向への移動が阻止され、かつ回転軸線まわりに回転自
在に取り付けられる第1ねじ部材と、第1ねじ部材に螺合
し、回転軸線まわりに回転可能で、かつ回転軸線方向へ
の移動が阻止されて前記支持部材に支持される第2ねじ
部材と、回転駆動源の回転を第2ねじ部材に伝達、およ
び伝達を解除するクラッチとを備えることを特徴とする
摩擦攪拌接合装置である。
【0013】本発明に従えば、回転子は、回転および直
進移動可能に支持部材に支持されており、回転駆動源に
よって回転する。回転子には、回転子に対して直進移動
が阻止され、かつ回転自在に第1ねじ部材が取り付けら
れており、この第1ねじ部材に螺合する第2ねじ部材
が、回転可能に支持部材に支持されている。また、この
第2ねじ部材と回転駆動源との間にはクラッチが設けら
れる。
【0014】したがって、クラッチによって回転駆動源
の回転力を第2ねじ部材に伝達し、第2ねじ部材を回転
させると、回転子は直進移動する。また、クラッチによ
って、第2ねじ部材への回転力の伝達を解除すると、第
2ねじ部材は第1ねじ部材に対して相対回転せず、第1
ねじ部材とともに回転する。これによって、回転子の直
進移動が停止する。このようにして、1つ回転駆動源
で、回転子の回転および直進移動を行なうことができ
る。
【0015】請求項6記載の本発明は、前記クラッチは
電磁クラッチであり、回転駆動源で回転子を回転させ、
前記電磁クラッチを励磁して回転駆動源の回転力を第2
ねじ部材に伝達することによって、回転子を回転軸線方
向に直進移動させて回転子先端を被接合物に押圧し、電
磁クラッチの励磁を解除し、回転駆動源の第2ねじ部材
への回転力の伝達を解除することによって、回転子の直
進移動を停止させることを特徴とする。
【0016】請求項7記載の本発明は、前記駆動源の駆
動方向を変えることによって、回転子の直進移動方向を
変えることを特徴とする。
【0017】本発明に従えば、前記クラッチを電磁クラ
ッチとすることで、容易にクラッチを制御することがで
きる。また、励磁する電流を変化させることによって、
容易にクラッチトルクを調整することができる。
【0018】本発明に従えば、駆動源の駆動方向を変え
ることによって、容易に回転子の移動方向を変えること
ができる。
【0019】請求項8記載の本発明は、回転子先端の被
接合物への押圧力は、回転駆動源の回転トルクを検出す
ることによって設定されることを特徴とする。
【0020】回転駆動源をたとえばサーボモータとした
場合、サーボモータの電流値を検出することによって容
易に回転トルクを検出することができる。このようにし
て、回転駆動源の回転トルクを検出し、所定の回転トル
クを超えないように制御することで、押圧力を設定する
ことができる。
【0021】請求項9記載の本発明は、回転子先端の被
接合物への押圧力は、前記ブレーキのブレーキトルクに
よって設定されることを特徴とする。
【0022】本発明に従えば、ブレーキトルクを予め設
定し、これによって押圧力を設定する。つまり、設定し
たブレーキトルクに達するまでは第2ねじ部材は回転せ
ず、回転子は直進移動し、押圧力を作用させる。そし
て、前記設定したブレーキトルクに達すると、第2ねじ
部材が回転し始める。つまり、この設定したブレーキト
ルクに対応する押圧力が被接合物に作用することにな
る。このようにして、ブレーキトルクで押圧力を設定す
ることが可能となる。
【0023】請求項10記載の本発明は、回転子先端の
被接合物への押圧力は、前記クラッチのクラッチトルク
によって設定されることを特徴とする。
【0024】発明に従えば、クラッチトルクを予め設定
し、これによって押圧力を設定する。つまり、設定した
クラッチトルクに達するまでは第2ねじ部材に回転力を
伝達し、回転子を直進移動させて押圧力を作用させる。
そして、前記設定したクラッチトルクに達すると、それ
以上の回転力は第2ねじ部材へ伝達されなくなる。つま
り、この設定したクラッチトルクに対応する押圧力が被
接合物に作用することになる。このようにして、クラッ
チトルクで押圧力を設定することが可能となる。
【0025】請求項11記載の本発明は、回転子先端の
被接合物への押圧力は、可変であることを特徴とする。
【0026】本発明に従えば、押圧力を可変とすること
で、被接合物に応じて、接合状態をきめ細かく制御する
ことができる。
【0027】
【発明の実施の形態】図1(1)は本発明の第1の実施
形態の摩擦攪拌接合装置1の構成を示す図であり、図1
(2)は図1(1)の切断面線A−Aから見た断面図で
ある。摩擦攪拌接合装置1は、回転子2、回転駆動源で
あるサーボモータ4、電磁ブレーキ5、およびこれらを
支持する支持部材(図示略)を有し、回転子2は、回転
子本体9と、回転子本体9を保持する回転子保持部材3
とから構成される。回転子本体9は略円柱状であり、中
心軸線が回転軸線Lとなり、先端側が先細りに形成さ
れ、先端部に回転軸線Lと同軸の円柱部6が形成され、
この円柱部の下端面6aから軸線Lに沿ってピン7が突
出する。
【0028】回転子2を回転軸線Lまわりに高速で回転
させるとともに、回転軸線Lに沿って前進させる。する
と、被接合物であるワークに先端のピン7がワークに押
し付けられ、摩擦熱によってワークが軟化し、ピン7が
ワークに挿入され、回転するピン7によって攪拌され、
塑性流動が生じる。さらに円柱部6の下端面6aがワー
クに押し付けられ、この下端面6aにおいても摩擦熱が
発生し攪拌される。このように攪拌し、接合の適用内容
に応じて、回転軸線Lに垂直な方向に任意の長さ分、回
転子2とワークとを相対移動させ、その後回転子2を後
退させてピン7を引き抜く。このようにして、2枚のワ
ークは塑性流動部において接合されることとなる。
【0029】回転子保持部材3は、回転子2の回転軸線
Lを共通に有する円柱状であり、下端部に回転子本体9
が挿入され、回転軸線Lまわりの回転および回転軸線L
方向の移動が阻止された状態で、回転子本体9を保持す
る。回転子保持部材3の外周部には、回転軸線Lに平行
に複数のスプライン10が形成されており、図1(2)
に示すように、このスプライン10が嵌まり込む環状の
3個のスプライン受け11,12,13が、それぞれ軸
受け14,15,16によって回転軸線Lまわりに回転
可能に支持されている。各軸受け14,15,16は、
それぞれ支持部材に固定されており、このような構成に
よって、回転子保持部材3は、回転軸線Lまわりに回転
可能に、かつ回転軸線方向L方向に移動可能に支持部材
に支持される。
【0030】サーボモータ4も、支持部材に固定されて
おり、出力軸20が回転子2の回転軸線Lに平行に配置
され、軸受け21によって回転自在に支持部材に支持さ
れ、出力軸20の先端部に有歯ベルト車23が取り付け
られる。また、前記3個のスプライン受けの内の中央の
スプライン受け12には、外周に有歯ベルト車が形成さ
れ、この有歯ベルト車からサーボモータ4の有歯ベルト
車23にわたってタイミングベルト24が巻き掛けられ
る。このような構成によって、サーボモータ4を回転駆
動することによって、回転子2を回転軸線Lまわりに回
転駆動することができる。
【0031】回転子保持部材3の上方には、ねじ軸30
が、軸受け31によって回転軸線Lまわりに回転自在に
支持部材に支持される。また、回転子保持部材3の上端
部には、回転軸線Lを中心とし、前記ねじ軸30に螺合
するボールねじであるナット部材32が固定される。ね
じ軸30は、棒状であり、中央部にフランジ33が形成
され、このフランジ32よりも下方側に外ねじが形成さ
れ、フランジ33の上に軸受け31が配置される。この
軸受け31は、ラジアル軸受けおよびスラスト軸受けで
あり、フランジ33からのスラスト方向の押圧力を受け
る。この軸受け31の上方に電磁ブレーキ5が設けられ
る。電磁ブレーキ5は、支持部材に固定され、電流が印
加されて励磁されることによって、ねじ軸30にブレー
キをかけ、ねじ軸30の回転軸線Lまわりの回転を制動
する。
【0032】したがって、電磁ブレーキをオフした状態
で、サーボモータ4を正転(上方からみて時計回り)さ
せると、ねじ軸30とともに回転子保持部材3が回転軸
線Lまわりに回転する。ねじ軸30は右ねじであり、回
転子保持部材3を時計回りに回転させた状態で、電磁ブ
レーキ5をオンし、ねじ軸30の回転を停止させると、
回転子保持部材3に固定されるナット部材32がねじ軸
30まわりに回転し、ナット部材32および回転子保持
部材3が回転軸線L方向に前進(下降)する。回転子保
持部材3は、サーボモータ4からの回転力が伝達され、
かつスプラインによって回転軸線L方向の移動が許容さ
れているので、回転子2は回転しながら直進移動するこ
とができる。また、サーボモータ4の回転方向を逆転さ
せると、回転子2は逆方向に回転しながら上昇する。ま
た、回転子保持部材3が上昇したときにねじ軸30の下
端部が回転子保持部材3の上端面に衝突しないように、
ナット部材32は、図1に示すように、回転子保持部材
3の上端面から離反した位置に固定される。
【0033】つぎに、第1の押圧力設定方法について説
明する。サーボモータ4は、回転速度が一定になるよう
にフィードバック制御されており、検出した回転速度が
設定される値よりも遅い場合は、回転速度が上昇するよ
うに電流値を上げ、設定値より速い場合は回転速度を下
げるように電流値を下げる。つまり、回転子先端でワー
クを押圧し、サーボモータ4の回転トルクが増大して回
転速度が遅くなるとサーボモータ4に供給される電流が
上昇し、回転トルクが低下するとサーボモータ4に供給
される電流が減少する。したがって、サーボモータ4の
電流値を検出することで、サーボモータ4の回転トルク
を検出することができる。第1の押圧力設定方法では、
所定の押圧力に対応するサーボモータ4の電流値を予め
設定しておき、検出した電流値が設定した値になったと
き、電磁ブレーキ5をオフにするように制御すること
で、押圧力を設定する。
【0034】つぎに、図2に示すタイムチャートを参照
して、第1の押圧力設定方法を適用した接合作業時の摩
擦攪拌接合装置1の第1の制御方法について説明する。
なお、図2では上から、押圧力、回転子位置、電磁ブレ
ーキ、サーボモータの回転方向、サーボモータトルクの
タイムチャートを示す。
【0035】 初期状態では回転子2は、回転子保持
部材3が上昇した位置である原位置にあり、サーボモー
タ4は逆転(反時計回り)しているものとする。つま
り、前回の接合作業が終了し、回転子2を逆転させなが
ら上昇して原位置に復帰した状態にあるものとする。こ
のとき、電磁ブレーキ5は、オフ状態にあり、励磁され
ていない。つまり、ねじ軸30の回転は拘束されておら
ず、回転子保持部材3とともに回転し、回転子2の直進
移動は停止している。
【0036】サーボモータ4が回転していないときのサ
ーボモータトルクは0であり、正転している場合は+と
し、逆転している場合は−とする。の状態では、回転
子2はワークを押圧しておらず、押圧力は0(無負荷)
であるが、逆転しているので、サーボモータトルクは−
となる。
【0037】 接合の準備として、サーボモータ4を
正転(時計回り)させる。すると、サーボモータトルク
は+となる。このとき、ねじ軸30もナット部材32と
ともに時計回りに回転している。
【0038】 電磁ブレーキ5をオンすると、ねじ軸
30の回転が拘束され、ナット部材32がねじ軸30に
対して時計回りに回転し、回転時保持部材3および回転
子2が時計回りに回転しながら下降し始める。また、サ
ーボモータトルクは、回転子保持部材3および回転子2
の直進移動分だけ増加する。なお、このときの電磁ブレ
ーキ4のブレーキトルクは、所定の押圧力が十分発生す
る程度に設定しておく。
【0039】 回転子2がワークに当接すると、回転
子2の下降が停止し押圧力が発生する。また、これによ
ってサーボモータトルクも増大する。サーボモータトル
クが、所定の押圧力に対応する値に達すると、電磁ブレ
ーキ5をオフにする。これによって、ワークは所定の押
圧力で押圧されることとなる。そして、所定時間押圧す
る。なお、このときのサーボモータトルクは、回転子先
端とワークとの摩擦による負荷と、回転子2の押圧力に
抗するねじ軸30のフランジ33に作用する負荷であ
る。
【0040】 押圧後、サーボモータ4を逆転(反時
計回り)させるとともに、電磁ブレーキ5をオンにす
る。すると、ねじ軸30が拘束され、ナット部材32が
ねじ軸30に対して反時計回りに回転し、回転子2が上
昇する。なお、このときのサーボモータトルクは、回転
子2を引き上げるときの負荷であるので、のときより
もやや下がる。
【0041】そして、回転子2が原位置まで上昇する
と、電磁ブレーキ5をオフにして停止させる。原位置か
らワーク押圧位置までの移動量は、予め設定されている
ので、サーボモータ4の逆転以降、前記移動量に対応す
る回転量だけサーボモータ4を回転させた時点で、電磁
ブレーキ5をオフする。これによって、回転子2は原位
置に復帰する。
【0042】 回転子が原位置に戻った状態で、接合
作業の1サイクルが終了する。この状態は、上記した
の状態と同じである。
【0043】上記した接合方法では、における押圧時
の押圧力は一定となるように制御したが、押圧力を段階
的に、または無段階に増大させるように制御してもよ
い。たとえば、でサーボモータトルクが所定の第1の
値に達した時点で一旦、電磁ブレーキをオフにして所定
時間押圧し、その後、再度電磁ブレーキ5をオンにし、
サーボモータトルクが前記第1の値よりも大きい第2の
値に達した時点で電磁ブレーキ5をオフにし、また所定
時間押圧する。このようにして、段階的に押圧力を増大
させることができる。
【0044】また、この時、電磁ブレーキ5をオンにす
ると同時に、サーボモータ4を逆転させることとによ
り、押圧力を減少させることができる。
【0045】つぎに、第2の押圧力設定方法について説
明する。この第2の設定方法では、電磁ブレーキのブレ
ーキトルクによって押圧力を設定する。
【0046】サーボモータ4は、速度一定制御を行なっ
ているので、電磁ブレーキ5をオンとしてねじ部材30
の回転を拘束した状態で、サーボモータ4を正転して回
転子2を下降させ、回転子先端がワークに当接し、回転
子2に押圧力が発生すると、ナット部材32とねじ軸3
0との螺合部での抵抗が増大し、電磁ブレーキ5に対向
するトルクが発生する。このトルクが、電磁ブレーキ5
のブレーキトルク以上になると、すべりが生じる。
【0047】また、電磁ブレーキ5は、供給する電流値
によってブレーキトルクが決定されるので、所定押圧力
に対応するブレーキトルクに対応する電流値を求め、こ
の電流を電磁ブレーキに供給することで、押圧当初では
すべりが生じず、所定押圧力になると、電磁ブレーキ5
にすべりが発生する。このようにして、電磁ブレーキ5
の電流値を設定することによって、押圧力を設定するこ
とができる。
【0048】つぎに、図3に示すタイムチャートを参照
して、第2の設定方法を適用した摩擦攪拌装置1の接合
作業時の第2の制御方法について説明する。なお、図2
で説明した第1の制御方法とほぼ同様の制御に関して
は、説明は省略する。また、第2の制御方法では、図2
で説明した第1の制御方法と異なり、サーボモータトル
クは必要としない。
【0049】は第1の制御方法と同じである。次の
で、電磁ブレーキ5をオンする。このとき、前述した
ように、電磁ブレーキ5に供給する電流を、所定の押圧
力に対応する値とする。
【0050】で、回転子2がワークに当接すると、押
圧力が発生する。この回転子2の押圧力に対応してねじ
軸30での摩擦力が増大し、ねじ軸30の拘束力に対抗
して、ねじ軸を回転する力が働き、電磁ブレーキ5のね
じ軸30に対する回転トルクが増大する。このトルク
が、回転子2の所定押圧力に対応する電磁ブレーキ5の
ブレーキトルクを超えるとすべりが生じる。
【0051】このように、当初はすべりが生じず、所定
押圧力になって初めてすべりが発生するので、所定押圧
力が実現される。
【0052】一方、の回転子下降開始以降の回転子移
動量は、サーボモータ4のエンコーダ値がわかるので、
その移動量が、予め設定されている原位置からワーク当
接位置までの距離になって、さらに若干の時間差を設け
てから電磁ブレーキ5をオフにする。そして、上記若干
の時間を考慮して所定時間押圧する。
【0053】上記若干の時間差を設けた理由は、原位置
から当接位置までの実際の距離が、予め設定される距離
よりも長いと、所定の押圧力にならないためであり、こ
のように若干の時間差を設けることにより、確実に所定
の押圧力を作用させることができる。この若干の時間差
は、押圧力の大きさに影響を与えない。ただし、押圧す
る所定時間に影響があるが、厳密な時間管理をすればよ
い。
【0054】また、電磁ブレーキ5を一旦オフにすると
したが、電磁ブレーキ5をオンとしても、すべりのため
に押圧力は一定に保持されるので、次のに至るまでオ
ンにしていてもよい。
【0055】そして、でサーボモータ4を逆転させて
回転子2を上昇させ、で上昇を停止させ、接合作業の
1サイクルが終了する。
【0056】図4は、本発明の第2の実施形態の摩擦攪
拌接合装置40の構成を示す図である。なお、図1に示
す摩擦攪拌接合装置1に対応する構成には同一の参照符
号を付し、説明を省略する。
【0057】本実施形態の摩擦攪拌接合装置40では、
回転子2の上端から回転力が伝達され、また、回転子保
持部材3の外周部にリング状の電磁ブレーキ45が設け
られる。さらに詳しく説明すると、サーボモータ4の出
力軸20は、回転軸線Lと同軸に配置され、軸受け44
で支持部材に回転自在に支持されている。この出力軸2
0に、回転軸線Lを共通に有するスプライン軸43が連
結される。また、回転子保持部材3の上端部には、回転
軸線Lを中心とするスプライン軸挿入凹所46が形成さ
れている。前記スプライン軸43は回転軸線Lに平行に
延びる複数のスプライン47を有し、スプライン軸挿入
凹所46には、前記スプライン47が嵌まり込む溝が形
成される。したがって、スプライン軸43をスプライン
軸挿入凹所46に挿入することで、スプライン軸43と
回転子保持部材3とは、回転軸線L方向の移動が可能
で、回転軸線Lまわりの回転が阻止されて連結される。
【0058】回転子保持部材3の外周部には、上部およ
び下部にスプライン10が形成されており、中央部に
は、回転軸線Lを中心とする外ねじ41が形成される。
上下のスプライン10には、それぞれスプライン受け1
1,13が嵌まり込み、このスプライン受け11,13
は、支持部材に取り付けられる軸受け14,16に支持
される。このような構成によって回転子保持部材3は、
軸線Lまわりに回転可能に、かつ軸線L方向に移動可能
に支持部材に支持される。
【0059】中央の外ねじ41には、ボールねじである
ナット部材42が螺合し、このナット部材42は、軸受
け15によって、軸線Lまわりに回転可能に、かつ軸線
L方向の移動が阻止されて支持部材に支持される。外ね
じ41、ナット部材42は右ねじである。このナット部
材42には、リング状電磁ブレーキ45が取り付けられ
る。このリング状電磁ブレーキ45は、支持部材に固定
され、オンして励磁されることによって、ナット部材4
2の回転を拘束する。
【0060】したがって、電磁ブレーキ5をオンした状
態で、サーボモータ4を正転させると、回転子2は下降
し、ワークに押圧力を作用させる。電磁ブレーキ45を
オフすると、回転子2の直進移動が停止する。電磁ブレ
ーキ45をオンにしてサーボモータ4を逆転させると、
回転子2が上昇する。
【0061】したがって、この摩擦攪拌接合装置40に
おいても、前述した第1の接合制御方法、および第2の
接合制御方法のいずれの制御方法も適用することができ
る。
【0062】図5(1)は本発明の第3の実施形態の摩
擦攪拌接合装置50の構成を示す図であり、図5(2)
は図5(1)の切断面線B−Bから見た断面図である。
本実施形態の摩擦攪拌接合装置50は、図1に示す摩擦
攪拌接合装置1に類似し、摩擦攪拌接合装置1の電磁ブ
レーキ5に代えて電磁クラッチ51を用いる点が異な
る。その他、摩擦攪拌接合装置1に対応する構成には同
一の参照符号を付し、説明を省略する。
【0063】本装置50では、サーボモータ4の出力軸
20がモータ本体の上下に突出しており、下側の出力軸
20が、タイミングベルト24を介して回転子保持部材
3を回転駆動する。そして、出力軸20の上端部には電
磁クラッチ51が設けられる。
【0064】電磁クラッチ51は支持部材に支持され、
上方に回転自在に支持されるクラッチ軸59を有し、下
方から、サーボモータ4の出力軸20が入力される。電
磁クラッチ51をオンして励磁すると、サーボモータ4
の出力軸20とクラッチ軸59とが連結され、サーボモ
ータ4の回転トルクが伝達される。電磁クラッチ51を
オフすると、回転トルクの伝達が解除される。
【0065】クラッチ軸59は、回転子2の回転軸線L
に平行に配置され、上端部に有歯ベルト車52が固定さ
れる。また、回転子保持部材3の上端部には、ナット部
材60およびスラスト軸受け61を有する連結部材58
が連結される。連結部材58は、円筒状であり、スラス
ト軸受け61を介して、回転軸線Lまわりに回転自在
に、かつ回転軸線L方向の変位が阻止された状態で、回
転子保持部材3の上端部に連結される。この連結部材5
8の外周部には、回転軸線Lに平行に延びる回り止め溝
62が形成されており、連結部材58の外周には、図5
(2)に示すように、リング状の回り止め68が支持部
材に支持されて設けられており、この回り止め68の内
側に突出する回り止め突部69が、回り止め溝62に嵌
まり込む。これによって、連結部材58は回転軸線Lま
わりに回り止めされた状態で、軸線L方向に移動可能と
なる。
【0066】連結部材58の上部には、回転軸線Lを中
心とするナット部材60が固定されており、このナット
部材60には、回転軸線Lに沿って延びるねじ軸56が
螺合する。このねじ軸56、ナット部材60は左ねじで
ある。ねじ軸56は、軸受け57によって、支持部材に
軸線Lまわりに回転自在に、かつ軸線L方向の移動が阻
止された状態で軸支される。そして、ねじ軸56の上端
部には、有歯ベルト車53が固定され、この有歯ベルト
車53からクラッチ軸59の有歯ベルト車52にわたっ
てタイミングベルト54が巻きかけられる。これによっ
て、サーボモータ4からの回転トルクがねじ軸56に伝
達される。
【0067】したがって、電磁クラッチ4をオンして回
転トルク伝達可能としてサーボモータ4を正転回転する
と、回転子2が回転するとともに、ねじ軸56が回転し
て下降し、ワークを押圧する。ねじ軸56の上端には、
支持部材に固定されるスラスト軸受け55が設けられ、
このスラスト軸受け55で押圧力が受けられる。
【0068】また、電磁クラッチ51をオフしてトルク
伝達を遮断すると、ねじ軸56の回転が停止し、回転子
2の直進移動が停止する。電磁クラッチ51をオンして
サーボモータ4を逆転すると、回転子2は回転しながら
上昇する。
【0069】このような摩擦攪拌接合装置50において
も、サーボモータ4の回転トルクを検出して押圧力を設
定する第1の制御方法で接合制御を行なうことができ
る。また、電磁クラッチ51による回転トルク伝達の大
きさは、供給する電流値に応じて設定できる。つまり、
電磁クラッチ51に供給する電流値によって押圧力を設
定することができる。したがって、前述した第2の制御
方法の電磁ブレーキの電流値を、電磁クラッチの電流値
とすることで、第2の制御方法でも制御することが可能
となる。
【0070】図6は、本発明の第4の実施形態の摩擦攪
拌接合装置70の構成を示す図である。本実施形態の摩
擦攪拌接合装置70は、図4で説明したスプライン軸4
3を用いる構成に、電磁クラッチ71を適用した構成で
ある。前述した各実施形態に対応する構成には同一の参
照符号を付し、説明を省略する。
【0071】電磁クラッチ71は、回転軸線Lに平行な
上クラッチ軸73および下クラッチ軸74を有し、上ク
ラッチ軸73の上端には有歯ベルト車76が固定され
る。サーボモータ4の出力軸に固定されるスプライン軸
43には、スラスト軸受け77によって支持される有歯
ベルト車76が固定され、この有歯ベルト車76から上
クラッチ軸73の有歯ベルト車76にわたってタイミン
グベルト75が巻きかけられ、サーボモータ4の回転が
上クラッチ軸73に伝達される。
【0072】回転子保持部材3の上部には、筒状で、外
周に外ねじが形成される外ねじ部材80が設けられる。
外ねじ部材80は、上下両端部にスラスト軸受け85,
86を有し、これらによって、回転子保持部材3に対し
て、回転軸線Lまわりに回転可能で、かつ回転軸線L方
向の移動が阻止されて連結される。この外ねじ部材80
には、外ねじに螺合するリング状のナット部材81が設
けられる。外ねじ部材80,ナット部材81は左ねじで
ある。このナット部材81は、上下一対のスラスト軸受
け82によって、回転軸線Lまわりに回転自在に、かつ
軸線L方向の変位が阻止された支持部材に支持される。
【0073】下クラッチ軸74の下端部には、有歯ベル
ト車87が固定され、前記ナット部材81の外周には歯
が形成されて有歯ベルト車として機能し、このナット部
材から下クラッチ軸の有歯ベルト車87にわたって、タ
イミングベルト88が巻きかけられる。これによって、
下クラッチ軸74の回転がナット部材81に伝達され
る。また、外ねじ部材80の上部には、回転軸線Lに平
行に延びる回り止め溝84が形成され、外ねじ部材80
には、外周に、支持部材に取り付けられるリング状の回
り止め83が設けられる。この回り止め83は、前述し
た図5(2)に示す回り止め68と同様の構造であり、
内側に突出する回り止め突部が設けられ、この回り止め
突部が前記回り止め溝84に嵌まり込むことによって、
外ねじ部材80は、回転軸線Lまわりの回転が阻止さ
れ、かつ回転軸線L方向に移動可能に支持部材に支持さ
れる。
【0074】したがって、電磁クラッチ71をオンし
て、上クラッチ軸73の回転トルクを下クラッチ軸74
に伝達可能とし、サーボモータ4を正転回転させること
によって、回転子2を回転させながら降下させることが
できる。また、電磁クラッチ71をオフし、上クラッチ
軸73から下クラッチ軸74への回転トルクの伝達を遮
断することによって、回転子の直進移動を停止させるこ
とができる。また、電磁クラッチ71をオンし、サーボ
モータ4を逆転させることによって、回転子2を逆転さ
せながら上昇させることができる。
【0075】また、本実施形態においても、前述した第
1の接合制御方法および第2の接合制御方法を適用でき
る。
【0076】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、回転子の
回転駆動と直進駆動とを1つの駆動源で行なうことによ
り、装置を小型、軽量化することができる。また、1つ
の駆動源で済むので、イニシャルコストおよび維持費を
低減することができる。また制御対象は、1つの駆動源
のみでよいので、制御も簡単となる。
【0077】また、互いに螺合するねじ部材を用い、一
方のねじ部材を回転子とともに回転させ、他方を拘束し
て固定させることによって、回転子を回転させながら直
進移動させることができる。また、固定しているねじ部
材の拘束状態を解除することによって、回転子の直進移
動を停止させることができる。
【0078】前記ねじ部材の拘束、拘束解除はブレーキ
またはクラッチによって容易に実現される。
【0079】また、回転駆動源の回転方向を変えること
で、回転子の直進移動方向を変えることができる。
【0080】また、回転子の押圧力の設定は、回転駆動
源の回転トルクを検出して行なうことによって、容易に
実現できる。また、ブレーキのブレーキトルク、または
クラッチのクラッチトルクを設定することによっても、
回転子の押圧力を設定することができる。
【0081】また、押圧力を可変とすることで、接合状
態をきめ細かく制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態である摩擦攪拌接合装置
1の構成を示す図である。
【図2】第1の制御方法を示すタイムチャートである。
【図3】第2の制御方法を示すタイムチャートである。
【図4】本発明の第2実施形態である摩擦攪拌接合装置
40の構成を示す図である。
【図5】本発明の第3実施形態である摩擦攪拌接合装置
50の構成を示す図である。
【図6】本発明の第4実施形態である摩擦攪拌接合装置
70の構成を示す図である。
【符号の説明】
1,40,50,70 摩擦攪拌接合装置 2 回転子 3 回転子保持部材 4 サーボモータ 9 回転子本体 30,56 ねじ軸 32,60,81 ナット部材 41 外ねじ 80 外ねじ部材

Claims (11)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 高速回転する回転子を回転軸線方向に移
    動させ、先端部を被接合物に押圧し、前記先端部と前記
    被接合物との接触部を、回転により摩擦熱で軟化させ、
    攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置におい
    て、 回転子の回転軸線まわりの回転駆動と、回転子の回転軸
    線方向への直進駆動とを1つの駆動源で行ない、 前記駆動源の駆動方向を変えることによって、回転子の
    直進移動方向を変えることを特徴とする摩擦攪拌接合装
    置。
  2. 【請求項2】 高速回転する回転子を回転軸線方向に移
    動させ、先端部を被接合物に押圧し、前記先端部と前記
    被接合物との接触部を、回転により摩擦熱で軟化させ、
    攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置におい
    て、 回転子の回転軸線まわりの回転駆動と、回転子の回転軸
    線方向への直進駆動とを1つの駆動源で行ない、 回転子先端の被接合物への押圧力は、可変であることを
    特徴とする摩擦攪拌接合装置。
  3. 【請求項3】 高速回転する回転子を回転軸線方向に移
    動させ、先端部を被接合物に押圧し、前記先端部と前記
    被接合物との接触部を、回転により摩擦熱で軟化させ、
    攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置におい
    て、 回転子の回転軸線まわりの回転駆動と、回転子の回転軸
    線方向への直進駆動とを1つの駆動源で行ない、 前記回転子を、回転軸線まわりに回転させる回転駆動源
    と、 回転駆動源を保持し、回転子を回転軸線まわりに回転自
    在に、かつ回転軸線方向へ移動可能に支持する支持部材
    と、 回転子に固定され、回転子の回転軸線を中心とする第1
    ねじ部材と、 第1ねじ部材に螺合し、回転軸線まわりに回転可能で、
    かつ回転軸線方向への移動が阻止されて前記支持部材に
    支持される第2ねじ部材と、 支持部材に支持され、第2ねじ部材の回転を制動するブ
    レーキとを備えることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
  4. 【請求項4】 前記ブレーキは電磁ブレーキであり、回
    転駆動源で回転子を回転させ、前記電磁ブレーキを励磁
    して第2ねじ部材の回転を阻止することで、回転子を回
    転軸線方向に直進移動させて被接合物に回転子先端を押
    圧し、電磁ブレーキの励磁を解除することで、回転子の
    直進移動を停止させることを特徴とする請求項3記載の
    摩擦攪拌接合装置。
  5. 【請求項5】 高速回転する回転子を回転軸線方向に移
    動させ、先端部を被接合物に押圧し、前記先端部と前記
    被接合物との接触部を、回転により摩擦熱で軟化させ、
    攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置におい
    て、 回転子の回転軸線まわりの回転駆動と、回転子の回転軸
    線方向への直進駆動とを1つの駆動源で行ない、 前記回転子を、回転軸線まわりに回転させる回転駆動源
    と、 回転駆動源を保持し、回転子を回転軸線まわりに回転自
    在に、かつ回転軸線方向へ移動可能に支持する支持部材
    と、 回転子に対して、回転軸線方向への移動が阻止され、か
    つ回転軸線まわりに回転自在に取り付けられる第1ねじ
    部材と、 第1ねじ部材に螺合し、回転軸線まわりに回転可能で、
    かつ回転軸線方向への移動が阻止されて前記支持部材に
    支持される第2ねじ部材と、 回転駆動源の回転を第2ねじ部材に伝達、および伝達を
    解除するクラッチとを備えることを特徴とする摩擦攪拌
    接合装置。
  6. 【請求項6】 前記クラッチは電磁クラッチであり、回
    転駆動源で回転子を回転させ、前記電磁クラッチを励磁
    して回転駆動源の回転力を第2ねじ部材に伝達すること
    によって、回転子を回転軸線方向に直進移動させて回転
    子先端を被接合物に押圧し、電磁クラッチの励磁を解除
    し、回転駆動源の第2ねじ部材への回転力の伝達を解除
    することによって、回転子の直進移動を停止させること
    を特徴とする請求項5記載の摩擦攪拌接合装置。
  7. 【請求項7】 前記駆動源の駆動方向を変えることによ
    って、回転子の直進移動方向を変えることを特徴とする
    請求項2〜6のいずれか1つに記載の摩擦攪拌接合装
    置。
  8. 【請求項8】 回転子先端の被接合物への押圧力は、回
    転駆動源の回転トルクを検出することによって設定され
    ることを特徴とする請求項3〜6のいずれか1つに記載
    の摩擦攪拌接合装置。
  9. 【請求項9】 回転子先端の被接合物への押圧力は、前
    記ブレーキのブレーキトルクによって設定されることを
    特徴とする請求項3または4記載の摩擦攪拌接合装置。
  10. 【請求項10】 回転子先端の被接合物への押圧力は、
    前記クラッチのクラッチトルクによって設定されること
    を特徴とする請求項5または6記載の摩擦攪拌接合装
    置。
  11. 【請求項11】 回転子先端の被接合物への押圧力は、
    可変であることを特徴とする請求項1,3〜10のいず
    れか1つに記載の摩擦攪拌接合装置。
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