JP3398134B2 - Friction stir welding equipment - Google Patents

Friction stir welding equipment

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JP3398134B2
JP3398134B2 JP2000321281A JP2000321281A JP3398134B2 JP 3398134 B2 JP3398134 B2 JP 3398134B2 JP 2000321281 A JP2000321281 A JP 2000321281A JP 2000321281 A JP2000321281 A JP 2000321281A JP 3398134 B2 JP3398134 B2 JP 3398134B2
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metal wire
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stir welding
friction stir
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幸治 土肥
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Kawasaki Motors Ltd
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Kawasaki Jukogyo KK
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/128Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding making use of additional material

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[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。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a friction stir welding apparatus for softening and stirring objects to be welded by frictional heat generated by rotation.

【0002】[0002]

【従来の技術】図10は、典型的な従来の摩擦攪拌接合
装置50を示す斜視図である。摩擦攪拌接合装置では、
円柱状の先端51の中央からピン52が突出する回転子
53を有し、この回転子53を、高速で回転させながら
ワーク54に挿入して接合する。高速回転する回転子5
3のピン52をワーク54の押し付けると、摩擦熱でワ
ークが軟化し、さらに押圧すると軟化したワークにピン
が挿入されるとともに、回転するピンでピン周囲の母材
が塑性流動を起こし、攪拌される。
2. Description of the Related Art FIG. 10 is a perspective view showing a typical conventional friction stir welding apparatus 50. In friction stir welding equipment,
It has a rotor 53 from which a pin 52 projects from the center of a cylindrical tip 51, and this rotor 53 is inserted into and bonded to a work 54 while rotating at a high speed. Rotor 5 rotating at high speed
When the pin 52 of No. 3 is pressed against the work 54, the work is softened by frictional heat. When the work 54 is further pressed, the pin is inserted into the softened work, and the rotating pin causes plastic flow in the base material around the pin to stir the work. It

【0003】2枚のワーク54a,54bを連続的に突
合せ接合する場合には、突合せた2枚のワーク54a,
54bの突合せ部に回転するピン52を挿入し、突合せ
部に沿って回転子を移動させる。すると、ピンが通過し
た部分の塑性流動部が硬化し、2枚のワーク54a,5
4bが突合せ接合されることになる。
When the two workpieces 54a and 54b are continuously butted and joined, the two butted workpieces 54a and 54b are
The rotating pin 52 is inserted into the abutting portion of 54b, and the rotor is moved along the abutting portion. Then, the plastic flow portion of the portion where the pin has passed is hardened, and the two works 54a, 5
4b will be butt-joined.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】回転子先端は、円柱状
の端面中央からピン52が突出しており、接合時には、
円柱端面がワーク表面に押圧された状態でピン52が挿
入される。このワークに押圧される円柱端面部を、以
下、ショルダー部と称する。
At the tip of the rotor, the pin 52 projects from the center of the cylindrical end face.
The pin 52 is inserted while the end face of the cylinder is pressed against the work surface. The cylindrical end face portion pressed by the work will be referred to as a shoulder portion hereinafter.

【0005】回転子53が、上から見みて時計回りに回
転しながら移動する場合、進行方向に向かって回転子左
側の部分の材料が、押圧されるショルダー部によって、
回転子右側に移動する傾向があるので、接合されたワー
クにおいて、接合線左側の部分に欠陥(小さな空洞)が
できやすい。
When the rotor 53 moves while rotating clockwise when viewed from above, the material on the left side of the rotor in the traveling direction is pressed by the shoulder portion.
Since there is a tendency to move to the right side of the rotor, defects (small cavities) are likely to occur in the part on the left side of the joining line in the joined work.

【0006】また、ピン部およびショルダー部から母材
が飛び散ったり、ショルダー部の周囲に盛り上がる様に
塑性流動したり、ワーク継ぎ目に大きな隙間があると、
それが母材によって埋められた分だけ、接合部位が凹に
なる(アンダーカット)。このような隙間などが過大な
場合、アンダーカットに加えて接合部位に空洞ができ
る。
Further, if the base material is scattered from the pin portion and the shoulder portion, plastically flows so as to rise around the shoulder portion, or if there is a large gap at the work joint,
As much as it is filled with the base material, the joint area becomes concave (undercut). When such a gap is too large, a void is formed at the joining site in addition to the undercut.

【0007】このような空洞を生じさせない様にするた
め、接合部の隙間の管理を厳密に行い、その隙間を極力
小さくする必要があった。また、凹部が生じやすいの
で、見栄えが悪くなり、製品として無塗装にできず、塗
装する場合、パテの量が多くなるといった問題があっ
た。
In order to prevent the formation of such a cavity, it is necessary to strictly control the gap at the joint and to make the gap as small as possible. In addition, since the concave portions are likely to be formed, the appearance is deteriorated, the product cannot be uncoated, and there is a problem that the amount of putty increases when the product is coated.

【0008】このような凹部が生じない様にするため
に、接合部の厚さ方向に突出する凸部を、接合部長手方
向に沿って設け、凸部側もしくは凸部とは反対側から回
転子を挿入して接合する方法が提案されている。つま
り、接合部において、母材が流出した分、あるいは接合
部の隙間の体積分の材料を凸部から補填することによっ
て、接合部が凹になったり、空洞ができたりするのを防
止しようとするものである。
In order to prevent such a concave portion from being formed, a convex portion projecting in the thickness direction of the joint portion is provided along the longitudinal direction of the joint portion, and is rotated from the convex portion side or the side opposite to the convex portion. A method of inserting and joining a child has been proposed. In other words, at the joint, it is necessary to prevent the joint from becoming concave or forming a cavity by filling the material out of the base material or the volume of the gap of the joint from the convex portion. To do.

【0009】しかし、これらの方法においては、 接合部位に凸部を設けること自体が、工作上、材料の
コストアップに繋がる。 上記補填量に余裕を持たすために、回転子のショルダ
ー部の径より凸部の幅の方を大にせざるを得ず、接合後
において、凸部の一部が残り、その部分を切削する必要
がある。 隙間の幅が、接合部位の長さ方向に応じて変動した場
合、接合面が一定の高さとならないといった問題があっ
た。
However, in these methods, the provision of the convex portion at the joining site itself leads to an increase in the cost of the material in terms of work. In order to have a margin for the above-mentioned compensation amount, the width of the convex portion has to be made larger than the diameter of the shoulder portion of the rotor, and after the joining, a part of the convex portion remains and it is necessary to cut that portion. There is. If the width of the gap varies depending on the length direction of the joint, there is a problem that the joint surface does not have a constant height.

【0010】また、このような凹所を防止する他の先行
技術として、WO96/38256がある。この先行技
術では、図11に示すように、ワークとほぼ同質のアル
ミ材をピンの中心から送出するものである。しかしなが
ら、この方法では、 回転子内の空洞の一部にあらかじめアルミ材を充填し
ておくこと そのアルミ材は、あらかじめ熱せられたものである
か、別途加熱(b)する物であること このアルミ材の送出駆動力は、スプリングワッシャー
(a)(b)か、螺旋型回転錐(オーガー)(c)によ
る アルミ材は、すべて送出すれば、それで終了となって
しまう(限度がある)。
As another prior art for preventing such a recess, there is WO96 / 38256. In this prior art, as shown in FIG. 11, an aluminum material having substantially the same quality as the work is sent from the center of the pin. However, in this method, a part of the cavity in the rotor should be filled with an aluminum material in advance, and the aluminum material should be preheated or separately heated (b). The feed driving force of the material is limited by the spring washer (a), (b) or the aluminum material by the spiral rotary cone (auger) (c), if it is all fed (there is a limit).

【0011】このように、図11に示す先行技術には多
くの問題点がある。また、別の先行技術として、特開平
11―156561があるが、この先行技術は、ピンを
引き抜いた後に発生した孔を埋めるために、ピン径に相
当する穴埋め材を、接合後に供給するものであって、接
合中に発生する空洞や凹所を防ぐことはできない。
As described above, the prior art shown in FIG. 11 has many problems. Further, as another prior art, there is JP-A-11-156561. In this prior art, a hole filling material corresponding to the pin diameter is supplied after joining in order to fill the hole generated after the pin is pulled out. However, it is not possible to prevent cavities and recesses that occur during joining.

【0012】本発明の目的は、ワーク側を予め加工する
ことなく、接合部において、凹部が形成されない摩擦攪
拌接合装置を提供する。
An object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus in which a concave portion is not formed in a joint portion without previously processing the work side.

【0013】[0013]

【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の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、回転による摩
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、回転子先端部から金属材を送り出す
送り出し手段を有し、接合時に、回転子先端から送り出
された金属材も摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物に
一体化させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置であ
る。
According to a first aspect of the present invention, the tip of a rotor rotating at a high speed is pressed against an object to be joined,
In a friction stir welding apparatus that joins the objects to be joined by agitating the contact portion between the tip and the object to be joined by frictional heat generated by rotation, a feeding means for sending out a metal material from the rotor tip is provided. However, the friction stir welding apparatus is characterized in that, at the time of welding, the metal material fed from the tip of the rotor is also softened by friction heat and stirred to be integrated with the objects to be welded.

【0014】本発明に従えば、回転子を高速回転させて
被接合材に押し付けることによって、被接合材が軟化、
攪拌して接合される。ここで、本発明では、接合時に回
転子先端から金属材が送り出される。送り出された金属
材も、高速回転する回転子による摩擦熱によって軟化
し、軟化した被接合材とともに攪拌され、これらが硬化
して被接合物が接合される。このようにして、接合時
に、回転子先端から金属材が供給されるので、接合時に
形成される凹所、および接合終了点において形成される
凹所を防止することができる。また、金属材を供給して
凹所を埋めるので、ワーク側を予め凸に形成する必要が
ない。また、送出された金属材は、回転による摩擦熱で
軟化させるので、図11の先行技術のように予め過熱す
る必要がなく、加熱手段などを設ける必要がない。
According to the present invention, by rotating the rotor at a high speed and pressing it against the materials to be bonded, the materials to be bonded are softened,
Stir and join. Here, in the present invention, the metal material is sent out from the tip of the rotor at the time of joining. The sent-out metal material is also softened by frictional heat generated by the rotor that rotates at a high speed, and is agitated together with the softened material to be bonded. In this way, since the metal material is supplied from the tip of the rotor at the time of joining, it is possible to prevent the recess formed at the time of joining and the recess formed at the joining end point. Further, since the metal material is supplied to fill the recess, it is not necessary to form the work side in advance beforehand. Further, since the sent metal material is softened by frictional heat due to rotation, it is not necessary to preheat in advance as in the prior art of FIG. 11, and it is not necessary to provide a heating means or the like.

【0015】請求項2記載の本発明は、前記金属材は線
材であり、前記送り出し手段は、金属線材を連続的に送
り出すことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the metal material is a wire material, and the delivery means continuously delivers the metal wire material.

【0016】本発明に従えば、金属材が線材であること
により、連続的に送り出すことができ、図11の先行技
術のように制限がない。
According to the present invention, since the metal material is a wire rod, it can be continuously fed out, and there is no limitation as in the prior art of FIG.

【0017】請求項3記載の本発明は、前記金属線材
は、被接合物とほぼ同程度で、ほぼ同質の硬度を有する
アルミニウム合金材であることを特徴とする。
The present invention according to claim 3 is characterized in that the metal wire material is an aluminum alloy material having substantially the same hardness as that of the article to be joined.

【0018】本発明に従えば、接合時に供給する金属材
が、被接合物と同程度で、ほぼ同質の硬度を有するアル
ミニウム合金とすることで、被接合物と容易に一体とな
り、十分な接合強度が得られる。
According to the present invention, the metal material to be supplied at the time of joining is an aluminum alloy having a hardness comparable to and substantially the same as that of the article to be joined, so that the article can be easily integrated with the article to be joined and sufficient joining can be achieved. Strength is obtained.

【0019】請求項4記載の本発明は、前記送り出し手
段は、金属線材を挟持する一対のローラを有し、ローラ
を回転させることによって金属線材を連続的に送り出す
ことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, the feeding means has a pair of rollers for sandwiching the metal wire rod, and the metal wire rod is continuously fed out by rotating the rollers.

【0020】本発明に従えば、一対のローラで挟んで金
属線材を送り出すことにより、簡単な構成で、スムーズ
に金属材を送り出すことができる。また、金属材の送り
量を高精度に制御可能である。
According to the present invention, a metal wire can be smoothly sent out with a simple structure by sandwiching it between a pair of rollers and sending out the metal wire. Further, the feeding amount of the metal material can be controlled with high accuracy.

【0021】請求項5記載の本発明は、金属線材が挿入
される挿入孔が形成され、金属線材を案内するガイド部
材が、前記送り出し手段のローラの直後に設けられるこ
とを特徴とする。
The present invention according to claim 5 is characterized in that an insertion hole for inserting the metal wire is formed, and a guide member for guiding the metal wire is provided immediately after the roller of the feeding means.

【0022】金属線材は、長手方向に強い圧縮負荷がか
かると座屈する。本発明では、金属線材を送り出す送り
出し手段のローラの直後に、金属材を挿入するガイド部
材が設けられるので、ローラからの送り出し力によって
金属線材が座屈するといったことが防がれる。
The metal wire buckles when a strong compressive load is applied in the longitudinal direction. In the present invention, since the guide member for inserting the metal material is provided immediately after the roller of the feeding means for feeding the metal wire material, it is possible to prevent the metal wire material from buckling due to the feeding force from the roller.

【0023】請求項6記載の本発明は、回転子に対し
て、回転軸線方向に相対的に直進移動し、金属線材が挿
通する挿通孔が形成される直進移動部材を有し、回転子
には、回転軸線に沿って貫通し、金属線材を案内するガ
イド孔、およびガイド孔に連なり、前記直進移動部材の
先端部が変位可能に挿入される凹所が形成され、凹所に
挿入された直進部材の端面と、凹所の底面との間に、金
属線材が挿通するコイルばねが設けられることを特徴と
する。
According to a sixth aspect of the present invention, the rotor has a rectilinear movement member which is rectilinearly moved relative to the rotor in the direction of the rotation axis and has an insertion hole through which the metal wire is inserted. Is a guide hole that penetrates along the axis of rotation and that guides the metal wire rod, and a recess that is connected to the guide hole and into which the distal end portion of the linear movement member is displaceably inserted is formed and inserted into the recess. It is characterized in that a coil spring through which the metal wire is inserted is provided between the end surface of the straight-moving member and the bottom surface of the recess.

【0024】本発明に従えば、回転子は先端を被接合物
に押し付けるために、軸線方向に直進移動する。たとえ
ば、直進移動部材が固定位置にあるとすると、直進移動
部材と回転子は相対的に直進移動することになる。
According to the present invention, the rotor moves linearly in the axial direction in order to press the tip of the rotor against the article. For example, if the rectilinear movement member is in a fixed position, the rectilinear movement member and the rotor will relatively move rectilinearly.

【0025】回転子には、金属線材が挿入されるガイド
孔が貫通し、このガイド孔の一端部に連なる凹所に、前
記直進移動部材の先端部が挿入される。固定位置側にあ
る直進移動部材と回転子とは、回転子が直進移動するこ
とで、凹所に挿入される直進移動部材の先端部と、凹所
の底部との間隔が広がり、これによって、金属線材の撓
みを許容する空間が広がり、金属線材が座屈する恐れが
生じる。
A guide hole, into which a metal wire is inserted, penetrates through the rotor, and the tip of the linearly moving member is inserted into a recess connected to one end of the guide hole. The rectilinear moving member and the rotor on the fixed position side, the rotor moves rectilinearly, so that the distance between the tip of the rectilinear moving member inserted into the recess and the bottom of the recess widens, thereby The space that allows the bending of the metal wire expands, and the metal wire may buckle.

【0026】本発明では、この点に鑑み、前記凹所にコ
イルばねを設け、このコイルばねに金属線材を挿通させ
た。コイルばねによって、凹所のなかで金属線材が撓む
ことが防ぐことができるとともに、コイルばねは、直進
移動部材の先端と凹所の底部との間隔の変位に追従して
伸縮することができる。このようにして、簡単な構成
で、確実に金属線材の座屈を防止することができる。
In view of this point, in the present invention, a coil spring is provided in the recess, and the metal wire is inserted into the coil spring. The coil spring can prevent the metal wire rod from bending in the recess, and the coil spring can expand and contract following the displacement of the distance between the tip of the rectilinear movement member and the bottom of the recess. . In this way, buckling of the metal wire can be reliably prevented with a simple configuration.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】図1(a)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
(b)は、摩擦攪拌接合装置1の先端部の拡大図であ
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、金属線材8を送り
出す送り出し手段23、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(ショルダー部)6aから軸線Lに沿ってピン7が突
出する。回転子本体9および回転子保持部材3には、回
転軸線Lに沿って貫通し、金属線材8をガイドするガイ
ド孔17が形成される。ガイド孔17は、ピン7の先端
で開口し、送り出し手段23から送り出された金属線材
8は、ピン先端から送出される。
FIG. 1A is a diagram showing the configuration of a friction stir welding apparatus 1 according to a first embodiment of the present invention.
(B) is an enlarged view of the tip portion of the friction stir welding apparatus 1. The friction stir welding apparatus 1 includes a rotor 2, a servomotor 4 serving as a rotation drive source, an electromagnetic brake 5, a feeding means 23 for feeding the metal wire rod 8, and a supporting member (not shown) for supporting these, and the rotor. 2 is composed of a rotor main body 9 and a rotor holding member 3 that holds the rotor main body 9. The rotor main body 9 has a substantially columnar shape, the central axis is the rotation axis L, the tip side is tapered, and the columnar portion 6 coaxial with the rotation axis L is formed at the tip end. The pin 7 projects from the portion 6a along the axis L. A guide hole 17 is formed in the rotor body 9 and the rotor holding member 3 so as to penetrate along the rotation axis L and guide the metal wire rod 8. The guide hole 17 is opened at the tip of the pin 7, and the metal wire rod 8 delivered from the delivery means 23 is delivered from the tip of the pin.

【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、さらに回転するピン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。これとともに、送り出し手段23によ
って金属線材8をピン先端から送出する。すると、送出
された金属線材8も、ピン7の回転による摩擦熱で軟化
して塑性流動が生じ、同様に塑性流動を生じたワークと
ともに攪拌され一体となる。
The rotor 2 is rotated around the rotation axis L at a high speed and moved forward along the rotation axis L. Then, the pin 7 at the tip is pressed against the work to be welded, the work is softened by the frictional heat, the pin 7 is inserted into the work, and the pin 7 rotating further agitates to cause plastic flow. Further, the lower end surface 6a of the cylindrical portion 6 is pressed against the work, and frictional heat is also generated on the lower end surface 6a to stir. At the same time, the feeding means 23 feeds the metal wire rod 8 from the tip of the pin. Then, the delivered metal wire 8 is also softened by the frictional heat generated by the rotation of the pin 7 to generate a plastic flow, and is similarly stirred and integrated with the work in which the plastic flow is generated.

【0029】このように攪拌した後、スポット接合の場
合は、そのまま軸線Lに沿って回転子2を上昇させてピ
ンを引き抜く。連続接合の場合は、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
せて連続的に接合し、その後回転子2を上昇させてピン
7を引き抜く。ピンを引き抜いたとき、従来では、ピン
孔が形成されていたが、本発明では、金属線材8を供給
することで、ピン孔を埋めるだけの金属材を供給するこ
とができ、これによって、ピン孔を形成することなく、
摩擦攪拌接合することができる。また、接合中にも、金
属材を供給することで、アンダーカットや空洞が形成さ
れることが防がれる。このようにして、凹所を形成する
ことなく、2枚のワークを接合することができる。送り
出す金属線材8は、ワークとほぼ同程度の硬度でほぼ同
質の金属材料であり、本実施形態ではワークおよび金属
線材は、同質のアルミニウム合金とする。
After spot stirring, in the case of spot welding, the rotor 2 is lifted up along the axis L and the pin is pulled out. In the case of continuous joining, the rotor 2 and the work are relatively moved by an arbitrary length in the direction perpendicular to the rotation axis L to continuously join, and then the rotor 2 is lifted to pull out the pin 7. Conventionally, when the pin was pulled out, the pin hole was formed in the related art, but in the present invention, by supplying the metal wire rod 8, it is possible to supply the metal material only to fill the pin hole, and thus the pin hole is formed. Without forming holes
Friction stir welding can be performed. Further, by supplying the metal material during the joining, formation of undercuts and cavities can be prevented. In this way, the two works can be joined without forming a recess. The metal wire rod 8 to be sent out is a metal material having substantially the same hardness as the work and substantially the same quality. In the present embodiment, the work and the metal wire are made of the same quality aluminum alloy.

【0030】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、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1
1,12,13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。
The rotor holding member 3 is in the shape of a cylinder having the rotation axis L of the rotor 2 in common, and has a rotor body 9 at its lower end.
Is inserted, rotation about the rotation axis L and the rotation axis L
The rotor main body 9 is held in a state where movement in the direction is blocked. A plurality of splines 10 are formed on the outer peripheral portion of the rotor holding member 3 in parallel with the rotation axis L, and three annular spline receivers 1 into which the splines 10 are fitted.
1, 12, and 13 are rotatably supported by bearings 14, 15, and 16 about a rotation axis L, respectively.
Each of the bearings 14, 15, 16 is fixed to a support member, and with such a configuration, the rotor holding member 3 is rotatable about the rotation axis L and movable in the rotation axis direction L direction. It is supported by a support member.

【0031】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。
The servomotor 4 is also fixed to the support member, the output shaft 20 is arranged parallel to the rotation axis L of the rotor 2, and is rotatably supported by the support member by the bearing 21 and the tip of the output shaft 20. The toothed belt wheel 23 is attached to the section. Further, a toothed belt wheel is formed on the outer periphery of the central spline receiver 12 of the three spline bearings, and a timing belt 24 is wound from the toothed belt wheel to the toothed belt wheel 23 of the servomotor 4. Can be hung. With such a configuration, the rotor 2 can be rotationally driven around the rotation axis L by rotationally driving the servo motor 4.

【0032】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。このねじ軸30は、回転子2を
直進駆動し、回転子2にたいして相対的に直進移動する
直進移動部材として機能する。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。
Above the rotor holding member 3, a screw shaft 30 is provided.
Is supported by the support member by the bearing 31 so as to be rotatable around the rotation axis L. The screw shaft 30 drives the rotor 2 in a straight line, and functions as a straight line moving member that moves straight relative to the rotor 2. Also, the rotor holding member 3
The upper end of the screw shaft 30 with the rotation axis L as the center.
A nut member 32, which is a ball screw that is screwed into the, is fixed. The screw shaft 30 is rod-shaped and has a flange 33 at the center.
Is formed, an outer screw is formed below the flange 32, and the bearing 31 is arranged on the flange 33. The bearing 31 is a radial bearing and a thrust bearing, and receives thrust force from the flange 33 in the thrust direction. The electromagnetic brake 5 is provided above the bearing 31. The electromagnetic brake 5 is fixed to the support member,
When the current is applied and excited, the screw shaft 30
To brake the rotation of the screw shaft 30 around the rotation axis L.

【0033】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(a)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。
Therefore, when the servomotor 4 is normally rotated (clockwise when viewed from above) with the electromagnetic brake turned off, the rotor holding member 3 rotates together with the screw shaft 30 about the rotation axis L. The screw shaft 30 is a right-hand screw, and when the rotor holding member 3 is rotated clockwise, the electromagnetic brake 5 is turned on and the rotation of the screw shaft 30 is stopped.
The nut member 32 fixed to the rotor holding member 3 rotates around the screw shaft 30, and the nut member 32 and the rotor holding member 3 advance (fall) in the rotation axis L direction. Rotational force from the servo motor 4 is transmitted to the rotor holding member 3,
Moreover, since the splines allow the movement in the direction of the rotation axis L, the rotor 2 can move straight while rotating. Further, when the rotation direction of the servo motor 4 is reversed, the rotor 2 rises while rotating in the opposite direction. Further, when the rotor holding member 3 rises, the lower end portion of the screw shaft 30 does not collide with the upper end surface of the rotor holding member 3,
As shown in FIG. 1A, the nut member 32 is fixed at a position separated from the upper end surface of the rotor holding member 3.

【0034】電磁ブレーキ5の上方には、送り出し手段
23が設けられる。図2は、送り出し手段23を示す拡
大図である。
A sending-out means 23 is provided above the electromagnetic brake 5. FIG. 2 is an enlarged view showing the sending-out means 23.

【0035】送り出し手段23は、支持部材に回転可能
に軸支される一対のピンチローラ25,26を有し、こ
れらのピンチローラ25,26で金属線材8を挟持し、
ピンチローラ25,26を回転駆動することで、金属線
材8を回転子2に向けて送り出す。
The feeding means 23 has a pair of pinch rollers 25 and 26 which are rotatably supported by a supporting member. The pinch rollers 25 and 26 sandwich the metal wire 8 between them.
By rotating the pinch rollers 25 and 26, the metal wire 8 is sent toward the rotor 2.

【0036】電磁ブレーキ5は、ねじ軸30を保持し、
このねじ軸30には、軸線にそって貫通し、金属線材8
が挿通する挿通孔29が形成される。また、電磁ブレー
キ5には、送り出し手段23から送り出された金属線材
8を案内するガイド28が設けられる。ガイド28は、
先端が一対のピンチローラ25,26間に臨み、ピンチ
ローラ25,26から送り出された金属線材が挿入され
る。さらに、ガイド28の先端28aは円錐台状に形成
され、ピンチローラ25,26間に可能な限り近接さ
せ、送り出された直後の金属線材8がガイドに挿入され
るように構成される。これによって、送り出し手段23
の直後に金属線材8が座屈するといったことが防がれ
る。ガイド28に導入された金属線材8は、ねじ軸30
の挿通孔29に導入される。
The electromagnetic brake 5 holds the screw shaft 30,
The screw shaft 30 penetrates along the axis line and the metal wire rod 8
An insertion hole 29 through which the is inserted is formed. Further, the electromagnetic brake 5 is provided with a guide 28 for guiding the metal wire rod 8 fed from the feeding means 23. The guide 28 is
The front end faces between the pair of pinch rollers 25 and 26, and the metal wire rod fed from the pinch rollers 25 and 26 is inserted. Further, the tip 28a of the guide 28 is formed in a truncated cone shape so that the pinch rollers 25 and 26 are brought as close as possible to each other so that the metal wire 8 immediately after being fed out is inserted into the guide. By this, the sending means 23
It is possible to prevent the metal wire rod 8 from buckling immediately after. The metal wire rod 8 introduced into the guide 28 is screw shaft 30.
It is introduced into the insertion hole 29 of.

【0037】図3は、ねじ軸30の下端部付近を拡大し
て示す断面図である。金属線材8は、送り出し手段23
から送り出され、回転子2のピン先端からワークに向け
て導出されるので、軸方向に大きな圧縮荷重が作用し、
座屈しやすい構成となっている。したがって、座屈しな
いように、送り出し手段23からピン先端にわたって座
屈を防止する必要がある。以下に、座屈を防止する機構
を説明する。
FIG. 3 is an enlarged sectional view showing the vicinity of the lower end of the screw shaft 30. The metal wire rod 8 is a sending means 23.
Is discharged from the pin tip of the rotor 2 toward the workpiece, a large compressive load acts in the axial direction,
It is designed to buckle easily. Therefore, it is necessary to prevent buckling from the sending-out means 23 to the tip of the pin so as not to buckle. The mechanism for preventing buckling will be described below.

【0038】回転子2は、軸線方向に直線移動するのに
対し、送り出し手段23、電磁ブレーキ5、ねじ軸30
は支持部材に支持され、直線移動する回転子2に対して
固定位置に配置される。つまり、ねじ軸30と回転子2
とは相対的に直進移動し、この相対移動を許容して金属
線材8をガイドする必要がある。
While the rotor 2 moves linearly in the axial direction, the feeding means 23, the electromagnetic brake 5 and the screw shaft 30.
Is supported by a supporting member and is arranged at a fixed position with respect to the rotor 2 which moves linearly. That is, the screw shaft 30 and the rotor 2
It is necessary to guide the metal wire rod 8 by allowing the relative movement relative to the linear movement.

【0039】そのために、ねじ軸30の下端部に、回転
子に向けて突出し、金属線材8が挿通する挿通孔29が
形成されたガイド42を設け、回転子2の回転子保持部
材3の上端部に、前記ガイド42が、軸線L方向に変位
可能に挿入される凹所40を形成した。凹所40は、回
転子保持部材3の上端部で、軸線Lに沿って形成され、
底部40aがガイド孔17に連通し、ねじ軸30から導
出された金属線材8が、このガイド孔17に導かれる。
To this end, a guide 42 is provided at the lower end of the screw shaft 30 and has an insertion hole 29 through which the metal wire 8 is inserted and which projects toward the rotor, and the upper end of the rotor holding member 3 of the rotor 2. In the portion, the guide 42 is formed with a recess 40 into which the guide 42 is displaceably inserted in the direction of the axis L. The recess 40 is formed along the axis L at the upper end of the rotor holding member 3,
The bottom portion 40 a communicates with the guide hole 17, and the metal wire rod 8 led out from the screw shaft 30 is led into the guide hole 17.

【0040】ガイド42の下端部42aが凹所40に挿
入されて、ねじ軸30と回転子2との相対変位を許容し
ているので、ガイド42の下端部42aと凹所40の底
部40aとの間には空間が形成される。したがって、凹
所40内で、ガイド42の下端部42aから導出した金
属線材8は、凹所40の底部40aの貫通孔17に挿入
されるまでの間に凹所40内の空間に露出することにな
る。つまり、この間で座屈する恐れが生じる。
Since the lower end portion 42a of the guide 42 is inserted into the recess 40 to allow relative displacement between the screw shaft 30 and the rotor 2, the lower end portion 42a of the guide 42 and the bottom portion 40a of the recess 40 are A space is formed between them. Therefore, in the recess 40, the metal wire rod 8 led out from the lower end portion 42a of the guide 42 is exposed to the space inside the recess 40 before being inserted into the through hole 17 of the bottom portion 40a of the recess 40. become. That is, there is a risk of buckling during this time.

【0041】この点に鑑み、凹所40内にコイルばね4
1を設けた。コイルばね41は、凹所40内に配置さ
れ、金属線材8が挿通し、金属線材8と凹所40の周壁
との間の空間を塞ぐ。これによって、金属線材8が凹所
40内で撓むことが防がれ、座屈することを確実に防止
することができる。さらに、コイルばね41は、弾発性
を有し、凹所40の底部40aとガイド42の下端部4
2aとの間で伸縮可能に設けられるので、回転子2が直
進移動し、ガイド42の下端部42aと凹所40の底部
40aとの間隔が小さくなると、ガイドの下端部42a
によって圧縮され、間隔が大きくなると、弾発力によっ
て伸長する。このようにして、常にガイド42の下端部
42aと凹所40の底部aとの間にわたって配置される
こととなる。
In consideration of this point, the coil spring 4 is provided in the recess 40.
1 was set. The coil spring 41 is arranged in the recess 40, the metal wire 8 is inserted therethrough, and closes the space between the metal wire 8 and the peripheral wall of the recess 40. This prevents the metal wire 8 from bending in the recess 40, and can reliably prevent buckling. Further, the coil spring 41 has elasticity, and the bottom portion 40 a of the recess 40 and the lower end portion 4 of the guide 42.
Since the rotor 2 is linearly moved between the lower end portion 42a of the guide 42 and the lower end portion 42a of the recess 40, the lower end portion 42a of the guide 42 is reduced.
It is compressed by, and when the distance becomes large, it expands due to the elastic force. In this way, the guide 42 is always disposed between the lower end 42a and the bottom a of the recess 40.

【0042】つぎに、接合時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。したがって、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。
Next, a method for setting the pressing force at the time of joining will be described. The servo motor 4 is feedback-controlled so that the rotation speed becomes constant. If the detected rotation speed is slower than a set value, the servo motor 4 increases the current value so as to increase the rotation speed and is faster than the set value. In this case, lower the current value so as to lower the rotation speed. That is, when the rotor tip presses the work, the rotation torque of the servo motor 4 increases and the rotation speed decreases, the current supplied to the servo motor 4 increases, and when the rotation torque decreases, the current is supplied to the servo motor 4. The current decreases. Therefore, the servo motor 4
The rotational torque of the servomotor 4 can be detected by detecting the current value of Therefore, the current value of the servomotor 4 corresponding to a predetermined pressing force is set in advance, and when the detected current value reaches the set value, the electromagnetic brake 5 is controlled to be turned off, so that the pressing force is reduced. Set the pressure.

【0043】つぎに、図4に示すタイムチャートを参照
して、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4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、送り出
し手段23のピンチローラ25,26の回転、回転子2
の水平位置を示すタイムチャートを示す。
Next, the first control method of the friction stir welding apparatus 1 at the time of welding operation to which the pressing force setting method is applied will be described with reference to the time chart shown in FIG. In addition,
In FIG. 4, from the top, the pressing force, the rotor position, the electromagnetic brake,
Rotation direction of servo motor, torque of servo motor, rotation of pinch rollers 25 and 26 of feeding means 23, rotor 2
The time chart which shows the horizontal position of is shown.

【0044】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。
In the initial state, the rotor 2 is at the original position where the rotor holding member 3 is raised, and the servo motor 4 is reversely rotated (counterclockwise). That is,
It is assumed that the previous joining work has been completed, and the rotor 2 has been raised in reverse while returning to the original position. At this time, the electromagnetic brake 5 is in the off state and is not excited. That is, the rotation of the screw shaft 30 is not restricted,
The rotor 2 rotates together with the rotor holding member 3, and the linear movement of the rotor 2 is stopped.

【0045】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。
The servo motor torque is 0 when the servo motor 4 is not rotating, and is positive when the servo motor 4 is rotating normally, and is − when it is rotating in the reverse direction. In this state, the rotor 2 does not press the work and the pressing force is 0 (no load).
However, the servo motor torque is-
Becomes

【0046】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。
In preparation for joining, the servomotor 4 is rotated in the forward direction (clockwise). Then, the servo motor torque becomes +. At this time, the screw shaft 30 is also rotating clockwise together with the nut member 32.

【0047】電磁ブレーキ5をオンすると、ねじ軸3
0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。
When the electromagnetic brake 5 is turned on, the screw shaft 3
The rotation of 0 is restricted, the nut member 32 rotates clockwise with respect to the screw shaft 30, and the rotating holding member 3 and the rotor 2 start descending while rotating clockwise. Further, the servo motor torque increases by the amount of straight movement of the rotor holding member 3 and the rotor 2. Note that the brake torque of the electromagnetic brake 4 at this time is set so that a predetermined pressing force is sufficiently generated.

【0048】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、回転子2の水平位
置を、接合開始点から接合終了点への相対移動を開始す
ると同時に、金属線材8を供給するピンチローラ25,
26の回転を開始する。すると、回転子の押圧力が保持
された状態で、ピン先端から金属線材が送出される。
When the rotor 2 comes into contact with the work, the lowering of the rotor 2 is stopped and a pressing force is generated. This also increases the servo motor torque. When the servo motor torque reaches a value corresponding to a predetermined pressing force, the electromagnetic brake 5 is turned off. As a result, the work is pressed with a predetermined pressing force. The horizontal position of the rotor 2 starts relative movement from the joining start point to the joining end point, and at the same time, the pinch roller 25 for supplying the metal wire rod 8 is provided.
The rotation of 26 is started. Then, the metal wire rod is delivered from the tip of the pin while the pressing force of the rotor is maintained.

【0049】ピン先端では摩擦熱によって母材が高温で
軟化しており、送出された金属線材も高温になり、図5
に示すように、軟化して母材中に挿入される。そして、
回転子2とワークとの相対運動があるため、軟化して挿
入された金属線材が母材の中に順次取り込まれることに
なる。この結果として、接合部での金属線材の分量を補
ったり、増やしたりすることができる。
At the tip of the pin, the base material is softened at high temperature due to frictional heat, and the temperature of the sent metal wire rod becomes high.
As shown in, it is softened and inserted into the base material. And
Since there is relative motion between the rotor 2 and the workpiece, the softened and inserted metal wire rods are sequentially taken into the base metal. As a result, it is possible to supplement or increase the amount of the metal wire rod at the joint.

【0050】回転子2の水平位置が接合終了点に到達す
ると、ピンチローラ25,26の回転を停止して金属線
材の送出を停止する。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。
When the horizontal position of the rotor 2 reaches the joining end point, the rotation of the pinch rollers 25 and 26 is stopped to stop the feeding of the metal wire. The servo motor torque at this time is the load due to the friction between the rotor tip and the work, and the load acting on the flange 33 of the screw shaft 30 that resists the pressing force of the rotor 2.

【0051】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。
After pressing, the servo motor 4 is rotated in the reverse direction (counterclockwise) and the electromagnetic brake 5 is turned on.
Then, the screw shaft 30 is restrained, the nut member 32 rotates counterclockwise with respect to the screw shaft 30, and the rotor 2 rises. The servo motor torque at this time is the rotor 2
Since it is a load when pulling up, it is slightly lower than when.

【0052】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。
When the rotor 2 moves up to its original position, the electromagnetic brake 5 is turned off and stopped. Since the movement amount from the original position to the work pressing position is set in advance, the electromagnetic brake 5 is turned off when the servo motor 4 is rotated by the rotation amount corresponding to the movement amount after the servo motor 4 is rotated in the reverse direction. To do. As a result, the rotor 2 returns to the original position.

【0053】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。
With the rotor returned to the original position, one cycle of the joining operation is completed. This state is the same as the state described above.

【0054】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。
In the joining method described above, the pressing force at the time of pressing was controlled to be constant, but the pressing force may be controlled to increase stepwise or steplessly. For example, when the servo motor torque reaches a predetermined first value at, the electromagnetic brake is temporarily turned off and pressed for a predetermined time, and then the electromagnetic brake 5 is turned on again,
When the servo motor torque reaches the second value, which is larger than the first value, the electromagnetic brake 5 is turned off and pressed for a predetermined time. In this way, the pressing force can be increased stepwise.

【0055】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。
At this time, the pressing force can be reduced by turning on the electromagnetic brake 5 and reversing the servo motor 4 at the same time.

【0056】なお、本実施形態では、接合開始点から接
合終了点まで回転子先端をワークに挿入したまま移動さ
せて連続的に接合する場合を示したが、図6(a)に示
すように、ワークの異なる接合部位で、回転子先端の挿
入、引き抜きを繰り返し、断続的にワークを接合しても
よく、また図6(b)に示すように、ワークの各接合点
で、ピンの挿入および引き抜きを行い、ワークをスポッ
ト的に接合するようにしてもよい。
In this embodiment, the case where the rotor tip is moved from the welding start point to the welding end point while being inserted into the workpiece and the welding is continuously performed is shown. However, as shown in FIG. The work pieces may be joined intermittently by repeatedly inserting and withdrawing the rotor tip at different joining parts of the work pieces. Further, as shown in FIG. 6 (b), the pin may be inserted at each joining point of the work pieces. Alternatively, the work pieces may be pulled out to join the works in a spot manner.

【0057】また、本実施形態では、図4のタイムチャ
ートのにおいて、金属線材の送出停止と回転子上昇
(引き抜き)とを同時としたが、ピン7の長さに見あう
時間分、金属線材8の送出停止を遅らせてもよい。すな
わち、図7に示すように、ピン7がワークの中にある間
は、金属線材8を引き続き送出するようにして、ピン7
を引き抜いた後が空洞にならず、金属線材8で覆ってい
る状態にするためである。これは、連続接合の場合に限
らず、図6(a)に示す断続的に接合する場合の各終了
点、および図6(b)に示すスポット接合する各接合点
においても、回転子2の引き抜き時に金属線材8を送出
するようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, in the time chart of FIG. 4, the stopping of the feeding of the metal wire and the raising of the rotor (withdrawal) are performed at the same time. The stop of sending 8 may be delayed. That is, as shown in FIG. 7, while the pin 7 is in the work, the metal wire rod 8 is continuously fed out so that the pin 7
This is because the metal wire rod 8 does not become a cavity after being pulled out and is covered with the metal wire rod 8. This is not limited to the case of continuous joining, but the rotor 2 is not limited to the end points of intermittent joining shown in FIG. 6A and the spot joining points shown in FIG. 6B. The metal wire rod 8 may be delivered at the time of pulling out.

【0058】なお、本実施形態では、回転子2は回転す
るが、金属線材8は固定されたピンチローラ25,26
で送出するため、金属線材8は回転(自転)しない。
In this embodiment, the rotor 2 rotates, but the metal wire 8 is fixed to the pinch rollers 25, 26.
The metal wire 8 does not rotate (spin) because it is sent out in.

【0059】つぎに、金属線材をアルミニウムとした場
合の実施例について説明する。摩擦熱によって生じる接
合部の最高温度は、通常450℃(500℃に達する場
合もある)である(軽金属溶接 Vol.37 No.9 p13)。ま
たアルミニウムの常温を20℃とする。
Next, an example in which the metal wire rod is aluminum will be described. The maximum temperature of the joint caused by frictional heat is usually 450 ° C (sometimes reaching 500 ° C) (Light metal welding Vol.37 No.9 p13). Further, the room temperature of aluminum is set to 20 ° C.

【0060】ここで、母材Aの中に物体Bが押し込まれる
ための法線応力F(Kg/mm2)は、母材Aの降伏応力を
Y(Kg/mm2)とすると(図8参照)、 F=2.82Y であり(日刊工業新聞社 金属材料学 p220)、ア
ルミニウムの場合、常温でY=12.3であり(同 p
221)660℃の融点では、Y=0である。
Here, the normal stress F (Kg / mm 2 ) for pushing the object B into the base material A is assumed to be Y (Kg / mm 2 ) as the yield stress of the base material A (FIG. 8). F = 2.82Y (Nikkan Kogyo Shimbun, Metallic Materials Science p220), and for aluminum, Y = 12.3 at room temperature (same p).
221) Y = 0 at the melting point of 660 ° C.

【0061】ここで、温度と降伏応力がほぼ反比例する
とし、余裕率を2倍にとると、450℃の摩擦攪拌時の
降伏応力は、 Yat450℃=12.3×(660−450)/(660―
20)×2=8.07 したがって、450℃時にBが押し込められるときの法
線応力Fは、 Yat450℃=2.82×Yat450℃(Kg/mm2) となる。
Here, assuming that the temperature and the yield stress are almost in inverse proportion to each other and the margin ratio is doubled, the yield stress at the time of friction stirring at 450 ° C. is Y at 450 ° C. = 12.3 × (660-450) / (660-
20) × 2 = 8.07 Therefore, the normal stress F when B is pushed in at 450 ° C. is Y at 450 ° C. = 2.82 × Y at 450 ° C. (Kg / mm 2 ).

【0062】温度と降伏応力との関係を示す文献は少な
いが、JIS試験方法における耐力が降伏応力と比例関係
にあると考えられる。耐力については、図9のグラフ
(軽金属協会編 アルミニウムハンドブック p42)
に示すように、ほとんど全ての種類のアルミニウム合金
について、温度が350℃以上では、耐力が50N/m
2(5.1Kg/mm2)となっており、摩擦攪拌接合の
最高温度の450℃では、それ以下と考えられ、結果的
に、ほぼ反比例するとしたことは正しいと考えられる。
Although there are few documents showing the relationship between temperature and yield stress, it is considered that the proof stress in the JIS test method is proportional to the yield stress. Regarding the proof stress, the graph in Fig. 9 (Aluminum Handbook, p42, edited by Japan Light Metal Association)
As shown in Fig. 3, almost all types of aluminum alloys have a proof stress of 50 N / m at temperatures above 350 ° C.
m 2 (5.1 Kg / mm 2 ), which is considered to be lower than the maximum temperature of 450 ° C. of friction stir welding, and as a result, it is considered correct that the inverse proportion is obtained.

【0063】一方送出するアルミ線材を1.2mmφと
すると、断面積は1.13mm2となる。したがって、
法線応力×断面積として、 22.8×1.13=25.8(Kg) …(1) となり、25.8Kg以上の力でアルミ線材を駆動供給す
ればよい。また一方、アーク溶接装置として市販される
ワイヤ供給装置の一例として、 送給ロール駆動用モータの最大トルク:30.6Kg・mm モータ回転→送給ロール回転の減速比:21.04 送給ロール有効半径(ワイヤ駆動半径):17.5mm のものでは、送球ロールのワイヤ接触点でのワイヤ送給
方向への駆動力は、 30.6×21.04÷17.5=36.8Kg …(2) となる。
On the other hand, if the aluminum wire rod to be sent out has a diameter of 1.2 mm, the cross-sectional area will be 1.13 mm 2 . Therefore,
The normal stress × cross-sectional area is 22.8 × 1.13 = 25.8 (Kg) (1), and the aluminum wire may be driven and supplied with a force of 25.8 Kg or more. On the other hand, as an example of a wire supply device that is commercially available as an arc welding device, the maximum torque of the feed roll drive motor: 30.6 Kg · mm motor rotation → reduction ratio of feed roll rotation: 21.04 feed roll effective Radius (wire drive radius): When the radius is 17.5 mm, the driving force in the wire feeding direction at the wire contact point of the ball feeding roll is 30.6 × 21.04 ÷ 17.5 = 36.8 Kg (26.8) ).

【0064】一般的には、送給ロールと送給されるワイ
ヤとの間にはすべりがあり、そのため、送給ロールのワ
イヤ送給方向への駆動力とワイヤ送給力(押し出し力)
とは必ずしも一致しないが、 加圧ロールによる加圧力を上げる。 送給ロールのワイヤと接する部分の円周部の形状を摩
擦力の大きいものにしたり、送給ロールのワイヤと接す
る部分の表面に小突起などを設けて、すべりが生じない
ようにしる。 送給ロールと加圧ロールのセットを複数にする(例え
ば、2セット連結)。 など、送給ロールと送出ワイヤにすべりが生じない様に
するために、種々の提案がなされており、これらの方法
を用いれば、すべりを極力少なくすることができ、ワイ
ヤ送給力(押し出し力)を送給ロールのワイヤ送給方向
の駆動力に極力近づけることができる。したがって、
(2)をもってすれば、(1)を実現することは可能で
あり、アルミ線材をアルミ母材に挿入(押し込み)する
ことができる。
Generally, there is a slip between the feeding roll and the wire to be fed, and therefore, the driving force of the feeding roll in the wire feeding direction and the wire feeding force (pushing force).
Although not necessarily the same as, increase the pressure applied by the pressure roll. The circumference of the portion of the feeding roll that contacts the wire is made to have a large frictional force, or small protrusions are provided on the surface of the portion of the feeding roll that contacts the wire to prevent slippage. A plurality of sets of feeding rolls and pressure rolls are provided (for example, two sets are connected). Various proposals have been made to prevent slippage between the feed roll and the delivery wire, and by using these methods, slippage can be minimized and the wire feed force (extrusion force) can be reduced. Can be made as close as possible to the driving force of the feeding roll in the wire feeding direction. Therefore,
With (2), it is possible to realize (1), and the aluminum wire can be inserted (pushed) into the aluminum base material.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、接合時
に、回転子先端から金属材が供給されるので、接合時に
形成される凹所、および接合終了点において形成される
凹所を防止することができる。また、金属材を供給して
凹所を埋めるので、ワーク側を予め凸に形成する必要が
ない。また、送出された金属材は、回転による摩擦熱で
軟化させるので、予め過熱する必要がなく、加熱手段な
どを設ける必要がない。
As described above, according to the present invention, since the metal material is supplied from the rotor tip at the time of joining, the recess formed at the joining and the recess formed at the joining end point are prevented. can do. Further, since the metal material is supplied to fill the recess, it is not necessary to form the work side in advance beforehand. Further, since the sent-out metal material is softened by frictional heat generated by rotation, it is not necessary to overheat in advance and it is not necessary to provide a heating means or the like.

【0066】また本発明によれば、金属材が線材である
ことにより、連続的に送り出すことができる。
Further, according to the present invention, since the metal material is a wire material, it can be continuously fed.

【0067】また本発明によれば、接合時に供給する金
属材が、被接合物と同程度で、ほぼ同質の硬度を有する
アルミニウム合金とすることで、被接合物と容易に一体
となり、十分な接合強度が得られる。
Further, according to the present invention, the metal material supplied at the time of joining is made of an aluminum alloy having the same hardness as that of the article to be joined and substantially the same hardness, so that the article can be easily integrated with the article to be joined. Bonding strength can be obtained.

【0068】また本発明によれば、一対のローラで挟ん
で金属線材を送り出すことにより、簡単な構成で、スム
ーズに金属材を送り出すことができる。また、金属材の
送り量を高精度に制御可能である。
Further, according to the present invention, by feeding the metal wire rod by sandwiching it with a pair of rollers, it is possible to feed the metal material smoothly with a simple structure. Further, the feeding amount of the metal material can be controlled with high accuracy.

【0069】また本発明によれば、金属線材を送り出す
送り出し手段のローラの直後に、金属材を挿入するガイ
ド部材が設けられるので、ローラからの送り出し力によ
って金属線材が座屈するといったことが防がれる。
Further, according to the present invention, since the guide member for inserting the metal material is provided immediately after the roller of the feeding means for feeding the metal wire rod, it is possible to prevent the metal wire rod from buckling due to the feeding force from the roller. Be done.

【0070】また本発明によれば、凹所にコイルばねを
設け、このコイルばねに金属線材を挿通させることによ
って、金属線材の座屈を防止することができる。
Further, according to the present invention, by providing the coil spring in the recess and inserting the metal wire into the coil spring, the buckling of the metal wire can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施の一形態である摩擦攪拌接合装置
1を示す正面図である。
FIG. 1 is a front view showing a friction stir welding apparatus 1 according to an embodiment of the present invention.

【図2】送り出し手段23の拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of a sending-out means 23.

【図3】ねじ軸30近傍の拡大図である。FIG. 3 is an enlarged view of the vicinity of a screw shaft 30.

【図4】摩擦攪拌接合装置1の制御方法を示すタイムチ
ャートである。
FIG. 4 is a time chart showing a control method of the friction stir welding apparatus 1.

【図5】接合時の回転子2先端を示す図である。FIG. 5 is a view showing the tip of the rotor 2 at the time of joining.

【図6】断続的に接合する方法を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a method of joining intermittently.

【図7】回転子2の引き抜き時の金属線材8の送出を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing the delivery of the metal wire rod 8 when the rotor 2 is pulled out.

【図8】母材Aと物体Bとの関係を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a base material A and an object B.

【図9】アルミニウムの耐力と温度との関係を示すグラ
フである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between proof stress of aluminum and temperature.

【図10】典型的な従来の摩擦攪拌接合装置50を示す
斜視図である。
FIG. 10 is a perspective view showing a typical conventional friction stir welding apparatus 50.

【図11】先行技術の摩擦攪拌接合装置を示す図であ
る。
FIG. 11 is a diagram showing a friction stir welding apparatus of the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 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 8 金属線材 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 23 送り出し手段 1 Friction stir welding equipment 2 rotor 3 Rotor holding member 4 Servo motor 8 metal wire 9 Rotor body 30,56 screw shaft 32, 60, 81 Nut member 41 External screw 80 External thread member 23 Sending out means

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 高速回転する回転子の先端部を被接合物
に押圧し、前記先端部と前記被接合物との接触部を、回
転による摩擦熱で軟化させ、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、 回転子先端部から金属材を送り出す送り出し手段を有
し、接合時に、回転子先端から送り出された金属材も摩
擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物に一体化させること
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。
1. A tip of a rotor that rotates at a high speed is pressed against an article to be joined, and a contact portion between the tip and the article is softened by frictional heat due to rotation and stirred to form the article to be joined. The friction stir welding device for joining has a feeding means for feeding the metal material from the tip of the rotor, and at the time of joining, the metal material fed from the tip of the rotor is also softened by friction heat and stirred to be integrated with the object to be joined. A friction stir welding apparatus characterized by:
【請求項2】 前記金属材は線材であり、前記送り出し
手段は、金属線材を連続的に送り出すことを特徴とする
請求項1記載の摩擦攪拌接合装置。
2. The friction stir welding apparatus according to claim 1, wherein the metal material is a wire material, and the sending-out means continuously sends out the metal wire material.
【請求項3】 前記金属線材は、被接合物とほぼ同程度
で、ほぼ同質の硬度を有するアルミニウム合金材である
ことを特徴とする請求項2記載の摩擦攪拌接合装置。
3. The friction stir welding apparatus according to claim 2, wherein the metal wire rod is an aluminum alloy material having substantially the same hardness as the object to be welded.
【請求項4】 前記送り出し手段は、金属線材を挟持す
る一対のローラを有し、ローラを回転させることによっ
て金属線材を連続的に送り出すことを特徴とする請求項
2または3に記載の摩擦攪拌接合装置。
4. The friction stirrer according to claim 2, wherein the feeding means has a pair of rollers for sandwiching the metal wire rod, and the metal wire rod is continuously fed out by rotating the rollers. Joining device.
【請求項5】 金属線材が挿入される挿入孔が形成さ
れ、金属線材を案内するガイド部材が、前記送り出し手
段のローラの直後に設けられることを特徴とする請求項
4記載の摩擦攪拌接合装置。
5. The friction stir welding apparatus according to claim 4, wherein an insertion hole for inserting the metal wire is formed, and a guide member for guiding the metal wire is provided immediately after the roller of the feeding means. .
【請求項6】 回転子に対して、回転軸線方向に相対的
に直進移動し、金属線材が挿通する挿通孔が形成される
直進移動部材を有し、 回転子には、回転軸線に沿って貫通し、金属線材を案内
するガイド孔、およびガイド孔に連なり、前記直進移動
部材の先端部が変位可能に挿入される凹所が形成され、 凹所に挿入された直進部材の端面と、凹所の底面との間
に、金属線材が挿通するコイルばねが設けられることを
特徴とする請求項2〜5のいずれか1つに記載の摩擦攪
拌接合装置。
6. A linearly moving member that linearly moves relative to the rotor in the direction of the rotation axis and has an insertion hole through which a metal wire is inserted. The rotor has a linear movement member along the rotation axis. A guide hole that penetrates and guides the metal wire, and a recess that is connected to the guide hole and into which the tip of the linearly moving member is displaceably inserted are formed. The friction stir welding apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein a coil spring through which a metal wire is inserted is provided between the bottom and the bottom surface of the place.
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