JP3820401B2 - Friction stir welding jig - Google Patents

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JP3820401B2 JP2003158978A JP2003158978A JP3820401B2 JP 3820401 B2 JP3820401 B2 JP 3820401B2 JP 2003158978 A JP2003158978 A JP 2003158978A JP 2003158978 A JP2003158978 A JP 2003158978A JP 3820401 B2 JP3820401 B2 JP 3820401B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寸法精度が良好な円筒体を効率よく製作することが可能な摩擦撹拌接合用治具に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車が走行するために必要なタイヤは、ホイールに嵌着されている。このホイールは、例えば、円盤状に形成されたホイールディスクと、円筒体状に形成されたホイールリムとが溶接等によって接合されることによって製造されている。このようなホイールは2ピースホイールと称されており、近年では、自動車に軽量化が希求されていることから、ホイールディスクおよびホイールリムの双方とも、アルミニウムを素材として製作されることが主流になりつつある。
【0003】
このうち、ホイールリムの製造方法としては、特許文献1および特許文献2に記載されているように、まず、長方形状の板材の端面同士を当接させて円筒体とし、次に、この当接した端面同士を抵抗溶接する、いわゆる突き合わせ抵抗溶接が例示される。また、特許文献3には、上記と同様にして円筒体を形成した後、MIG溶接またはTIG溶接を施して当接した端面同士を接合することが提案されている。
【0004】
ところで、特許文献1〜3に記載された溶接法によって当接箇所を接合した場合、溶接部近傍の肉が隆起することによって隆起部が形成されてしまう。この隆起部が存在する状態では、外観上の品質が劣る製品となるため、隆起部を研削する煩雑な仕上げ作業が必要となる。また、このためにホイールリムを効率よく製作することができないという不具合も顕在化している。
【0005】
そこで、隆起部を形成することなく当接箇所を接合することが可能であり、したがって、仕上げ作業が不要な摩擦撹拌接合を採用することも想起される。しかしながら、摩擦撹拌接合を遂行する場合、接合すべき当接箇所にプローブを押圧するため、当接させた端面同士が離間して、該当接箇所に隙間が生じることがある。このような事態が生じると、接合強度が低くなり、接合不良となる箇所が生じてしまう。
【0006】
このような不具合を回避するべく、特許文献4には、板材同士を摩擦撹拌接合する場合において、回転子の変位方向に沿って両板材の端面を押圧することによって板材同士が離間することを阻止することが提案されている。
【0007】
【特許文献1】
特開平9−206951号公報(段落[0006]および図1)
【特許文献2】
特開平10−129204号公報(段落[0008]および図1)
【特許文献3】
特開昭62−107832号公報(第2頁右下欄第7行〜第11行)
【特許文献4】
特開平10−193139号公報(段落[0011]および図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献4に記載された方法は、板材同士を接合する場合には有効であるものの、ホイールリム等のように、円筒体を製作する場合には採用することができない。
【0009】
結局、摩擦撹拌接合にて円筒体を製造する方法は未だに確立されていない。
【0010】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、摩擦撹拌接合にて外観上の品質に優れる円筒体を容易かつ簡便に得ることが可能であり、このために円筒体を効率よく製作することが可能な摩擦撹拌接合用治具を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
円筒体の摩擦撹拌接合が遂行可能となるように鋭意検討を重ねる過程で、本発明者らは、円筒体を外周壁面側および内周壁面側の双方から押圧支持することにより、円筒体における当接した端面同士が離間すること、換言すれば、円筒体が開いてしまうことを防止することを想起した。
【0012】
しかしながら、この場合、ワークを湾曲させて円筒体として治具にセットすると、端面同士の位置が合致しないことがある。このような状態で摩擦撹拌接合を遂行すると、端面同士の位置が溶接方向に沿ってややずれたホイールリムが製作されてしまう。すなわち、ホイールリムの寸法精度が良好でなくなる。
【0013】
本発明者らは、このような事態を回避するべくさらなる検討を重ね、本発明をするに至った。
【0014】
すなわち、本発明は、隅角部に凸部を有する板材の端面同士が当接されることによって形成された円筒体の前記端面同士を摩擦撹拌接合する際に使用される摩擦撹拌接合用治具であって、
基台と、
前記基台に設けられた第1支持手段および第2支持手段と、
前記第1支持手段および第2支持手段を介して前記基台から離間するとともに、前記円筒体の内部に挿入されて該円筒体を支持する支持用中子と、
前記支持用中子上に配設されるとともに、前記円筒体における当接箇所の両端部に、前記凸部同士が当接することに伴って形成されて接合方向に沿って延在する各突出部をそれぞれ把持する第1把持部材および第2把持部材と、
前記円筒体の一端面に当接するとともに、前記円筒体の当接箇所を挟んで配設された2個の整列盤と、
前記円筒体の一端面が前記整列盤に当接するまで前記円筒体を他端面側から押圧して変位させるシリンダを具備する整列手段と、
を有することを特徴とする。
【0015】
このような構成とすることにより、整列手段の作用下に、円筒体における接合方向に沿った端面同士の位置合わせを容易かつ確実に行うことができる。すなわち、煩雑な作業を行うことなく円筒体の接合方向端面の位置ずれを解消することができる。このため、摩擦撹拌接合を効率よく遂行することができる。
【0016】
なお、前記第1把持部材または第2把持部材のいずれか一方を、前記シリンダによって変位させるようにすることが好ましい。これにより、摩擦撹拌用治具を構成する部材数を低減することができ、結局、摩擦撹拌接合用治具を低コストで構成することができる。
【0017】
この場合、第1把持部材または第2把持部材を、円筒体の変位が終了した後に変位させて該円筒体の突出部に嵌合させるようにすることが好ましい。この場合、突出部が、位置ずれが存在しない状態で把持される。したがって、寸法精度が一層良好な円筒体を製作することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る摩擦撹拌接合用治具につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、円筒体としてホイールリムを製作する場合を例として説明する。
【0019】
図1に示すように、ホイールリムを製作するためのワークW1は、略長方形状の板材であり、アルミニウムからなる。該ワークW1の四方の隅角部には、図1における矢印A方向に指向して突出した第1凸部10a〜第4凸部10dが設けられている。後述するように、この矢印Aに沿う方向は接合方向である。換言すれば、第1凸部10a〜第4凸部10dは、接合方向に沿って突出形成されている。
【0020】
このワークW1を図1の矢印B方向に沿って湾曲させ、最終的に、図2に示すように、該ワークW1の端面同士を当接させることによって、矢印A方向に延在する第1突出部12、第2突出部14を有する円筒体W2を形成する。なお、第1突出部12は、第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が互いに当接することによって形成され、一方、第2突出部14は、第2凸部10bと第4凸部10dの端面同士が互いに当接することによって形成される。
【0021】
なお、図3に示すように、この時点では、第1凸部10aと第3凸部10c同士、または、第2凸部10bと第4凸部10d同士が積層していてもよい。
【0022】
次に、本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用治具の構成につき説明する。
【0023】
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用治具20の要部概略斜視図を図4に示すとともに、図4のV−V線矢視断面図を図5に示す。これら図4および図5から諒解されるように、摩擦撹拌接合用治具20は、底面が若干傾斜した基台22(図5参照)と、第1支持手段としての柱状部材24と、第2支持手段としての第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28と、これら柱状部材24、第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28に支持されるとともに後述する各種の手段を保持する支持体30と、該支持体30の上端面に載置・連結された支持用中子32とを有する。
【0024】
ここで、第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28は、プランジャを油圧によって滑らかにロックする手段を有するサポートである。
【0025】
図5に示すように、基台22上に立設された柱状部材24は、底盤34と立柱盤36とが略L字状に組み合わされ、さらに、立柱盤36が支持盤38で支持されてなる。そして、立柱盤36には、ストッパ部材40が連結固定されている。
【0026】
その一方で、図4〜図6に示すように、基台22にはレール42が敷設されている。前記第1支持ナチュラルロックシリンダ26および前記第2支持ナチュラルロックシリンダ28は、このレール42に沿って移動可能である。
【0027】
すなわち、レール42には係合用ブラケット44の係合溝が係合しており(図4参照)、かつ該係合用ブラケット44上には、位置決め用ブラケット46が連結固定されている。そして、この位置決め用ブラケット46の一側面には、変位シリンダ48を構成するピストンロッド50の頭部の抜け止めがなされた収容ブラケット52が位置決め固定されている。第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28は、前記位置決め用ブラケット46に連結固定されており、したがって、変位シリンダ48のピストンロッド50が前進・後退動作することに追従して、レール42に案内されて変位する。
【0028】
なお、変位シリンダ48は、基台22に連結された略L字状のL型支持盤54によって支持されている。そして、変位シリンダ48の対向位置には停止盤56が設けられており、位置決め用ブラケット46が所定の位置まで到達した場合、該停止盤56によって位置決め用ブラケット46、ひいては第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28のそれ以上の変位が抑止される。
【0029】
また、第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28の各支持用ロッド58、60は、支持体30に接近または離間する方向に指向して上昇・下降動作する。
【0030】
図5に示すように、支持体30には、その長手方向に沿って第1挿入用穴部62および第2挿入用穴部64が設けられている。このうち、第1挿入用穴部62には、該第1挿入用穴部62よりも幅広でかつ端部が閉塞したカム挿入部66が連通している。また、支持体30の底部には、その一部が切り欠かれることによって、該カム挿入部66に連通する凹部68が形成されている。なお、凹部68の幅は、カム挿入部66に比して大きく設定されている。
【0031】
また、支持体30の一端部には、円筒体W2を内周壁面側から押圧するための内周壁押圧シリンダ70が連結固定されており、該内周壁押圧シリンダ70のピストンロッド72は、図7に示すカム74とともに前記第1挿入用穴部62に挿入されている。なお、ピストンロッド72と支持体30との間には、図示しないブッシュが介装されている。
【0032】
このピストンロッド72の頭部は、図7に示すように、連結用環状部材76を介してカム74に連結されている。後述するように、ピストンロッド72が前進・後退動作することに伴って、カム74の作用下に小ロッド78a〜78cがピストンロッド72の前進・後退方向と直交する方向に前進・後退動作する。
【0033】
カム74の上端面には、カム74の長手方向に対して所定の角度で傾斜した係合溝80a〜80cが設けられている。一方、小ロッド78a〜78cの各底面には突起部82a〜82cがそれぞれ設けられており、これら突起部82a〜82cは、係合溝80a〜80cに摺動自在に係合されている(図5参照)。
【0034】
なお、カム74は、前記凹部68に挿入された保持部材84が支持体30に連結されることによって該支持体30に保持されている。
【0035】
小ロッド78a〜78cの各先端部には、図示しないボルトを介して押圧部材86が連結されている(図7参照)。各押圧部材86の先端面は、円筒体W2の内周壁面に合わせて湾曲形成されている。
【0036】
一方の第2挿入用穴部64は、支持体30の長手方向に沿って該支持体30を貫通するように設けられている(図5参照)。この第2挿入用穴部64には、支持体30の図5における右端面に連結固定された整列シリンダ88のユニバーサルジョイントを含むピストンロッド90が挿入されている。
【0037】
該ピストンロッド90の頭部には、長尺なフローティングロッド92の一端部が連結されている。また、このフローティングロッド92の他端部は、第2挿入用穴部64から突出している。
【0038】
ここで、図8に示すように、支持体30の一端部においては、第2挿入用穴部64の両側部に、第1ロッド挿入用小孔部94、第2ロッド挿入用小孔部96が設けられている。そして、これら第1ロッド挿入用小孔部94および第2ロッド挿入用小孔部96には、第1大ロッド98、第2大ロッド100がそれぞれ挿入されている。
【0039】
支持体30と第1大ロッド98、第2大ロッド100との間には図示しないベアリングが介装されており、該ベアリングは、第1ロッド挿入用小孔部94、第2ロッド挿入用小孔部96に嵌合された第1キャップ部材102、第2キャップ部材104によって封止されている。
【0040】
フローティングロッド92の頭部端面には、連結部材106が当接している。この連結部材106には第1貫通孔108、第2貫通孔110および第3貫通孔112が設けられており、中央に設けられた第2貫通孔110に通されたボルト114は、フローティングロッド92の頭部に螺合されている。
【0041】
また、第1貫通孔108、第3貫通孔112には第1大ロッド98、第2大ロッド100が通されており、これによりフローティングロッド92と第1大ロッド98、第2大ロッド100とが連結部材106を介して互いに連結されている。なお、第1大ロッド98、第2大ロッド100の第1貫通孔108、第3貫通孔112からの抜け止めは環状ストッパ116によってなされ、一方、フローティングロッド92の第2貫通孔110からの抜け止めは、該フローティングロッド92の頭部端面およびボルト114によってなされている。
【0042】
連結部材106の第1貫通孔108、第3貫通孔112から突出して延在する第1大ロッド98、第2大ロッド100には、図5における縦方向の寸法が連結部材106に比して若干小さい載置用連結部材118が橋架されている。すなわち、図8に示すように、この載置用連結部材118には、第4貫通孔120および第5貫通孔122が設けられており、第1大ロッド98、第2大ロッド100は、これら第4貫通孔120、第5貫通孔122にそれぞれ通されている。なお、載置用連結部材118と第1大ロッド98、第2大ロッド100との間にも図示しないベアリングが介装されており、該ベアリングは、第4貫通孔120、第5貫通孔122に嵌合された第3キャップ部材124、第4キャップ部材126によって封止されている。
【0043】
第1大ロッド98、第2大ロッド100は、載置用連結部材118の第4貫通孔120、第5貫通孔122から突出してさらに延在している。そして、各先端部には、コイルスプリング128a、128bを収容したケーシング130a、130bがそれぞれ設置されている。
【0044】
ケーシング130a、130bは、それぞれ、第1大ロッド98、第2大ロッド100の側周壁に嵌合されて一端部が開口した円筒体状ボディ132a、132bと、第1大ロッド98、第2大ロッド100の頭部にボルト134a、134bを介して連結されて一端部が開口した円筒体状カバー部材136a、136bとを有し、該円筒体状カバー部材136a、136bの側周壁は、円筒体状ボディ132a、132bの側周壁を囲繞している。前記コイルスプリング128a、128bの各端部は、円筒体状ボディ132a、132bの底面および円筒体状カバー部材136a、136bの天井面にそれぞれ着座している。
【0045】
連結部材106の上端面には、第1把持部材138が連結固定されている(図5参照)。図9に示すように、この第1把持部材138には、第2突出部14の形状に対応する形状の凹部140が設けられている。また、載置用連結部材118の上端面には、略コ字状型の整列用押圧部材142が設置されている(図5および図9参照)。この整列用押圧部材142は、第1把持部材138を囲繞するように配設されており、その先端部は、第1把持部材138の先端部よりも突出している。このため、円筒体W2がセットされた際、第1把持部材138の先端部よりも整列用押圧部材142の先端部の方が先に円筒体W2に当接する。
【0046】
後述するように、これら第1把持部材138、整列用押圧部材142は、ピストンロッド90(図5参照)が付勢されることに伴い、フローティングロッド92、第1大ロッド98および第2大ロッド100を介して変位する。
【0047】
支持体30の図5における右端部、すなわち、整列シリンダ88および内周壁押圧シリンダ70が連結固定された側の端部には、図5のX−X線矢視断面図である図10に示すように、冷却水を流通させるための4個のチューブ144a〜144dが管継手145を介してそれぞれ接続されている。一方、支持体30の内部には、冷却水を導入するための冷却水入口通路146、冷却水を排出するための冷却水出口通路148が設けられている。なお、支持体30の内部にはエア通路150も設けられており、該エア通路150には、管継手を介して圧縮エア用チューブ(ともに図示せず)が接続されている。
【0048】
支持体30の上端面に位置決め固定された前記支持用中子32は、第1中子部材152と第2中子部材154とからなる。円筒体W2の内周壁面は、このうちの第1中子部材152の湾曲上面に当接し、これにより該円筒体W2が摩擦撹拌接合用治具20に支持される。
【0049】
支持体30の上端面に載置・連結された第2中子部材154の上端部には、傾斜して突出した凸部が設けられている。この凸部には、支持体30の長手方向に沿って挿入溝156が形成されている。
【0050】
また、第2中子部材154における挿入溝156の両側部には、第1通路158、第2通路160が設けられている(図5参照)。これら第1通路158、第2通路160は、第2中子部材154の図5における右端部から左端部に指向して延在する上部通路162と、この上部通路162の下方に設けられて第2中子部材154の図5における左端部で該上部通路162と連通する下部通路164とを有する。なお、下部通路164は、第2中子部材154の図5における左端部から右端部に指向して延在する。
【0051】
第1通路158および第2通路160を構成する各上部通路162は冷却水入口通路146に連通しており、その一方で、各下部通路164は冷却水出口通路148に連通している。すなわち、第1通路158および第2通路160には、冷却水が流通される。
【0052】
第2中子部材154の上端面には、図5および図9における右端部近傍に、前記挿入溝156を挟んで対向する位置に4本のピン166が立設されている。これらピン166のうち内側の2本は、第2把持部材168の湾曲凹部170に進入する。
【0053】
第1中子部材152は、第2中子部材154に設けられた挿入溝156に挿入・位置決め固定されている。この第1中子部材152におけるピン166の近傍には、第2中子部材154の内部に設けられた前記エア通路150に連通するエア噴出口174が設けられている。
【0054】
このように、湾曲上面を有する第1中子部材152と、内部に冷却水が流通する第1通路158および第2通路160を有する第2中子部材154とを別個の部材とすることにより、第1中子部材152および第2中子部材154を各々容易に製作することができる。
【0055】
ここで、エア噴出口174から噴出された圧縮エアの圧力は、図示しない第1圧力センサによって常時モニタリングされる。その一方で、円筒体W2の第1凸部10aおよび第3凸部10cの近傍における圧縮エアの圧力も、図示しない第2圧力センサによってモニタリングされる。後述するように、第1圧力センサおよび第2圧力センサによってモニタリングされた圧縮エアの圧力が比較されることにより、第1凸部10aおよび第3凸部10cが離間した状態にあるかまたは当接した状態にあるかが判定される。
【0056】
図5および図9に示すように、支持体30の上端面右端部には、固定盤176を介して把持シリンダ178が設置されている。この把持シリンダ178は、ピストンロッド180と、2本のガイド部材181a、181bとを有し(図9参照)、このうちのピストンロッド180には、押圧盤182が橋架されている。前記第2把持部材168は、この押圧盤182に連結されている。
【0057】
上記したように、第2把持部材168の先端部には、ピン166に対応する位置に湾曲凹部170が形成されている。また、この第2把持部材168には、第1突出部12の形状に対応する形状の凹部184が設けられている。
【0058】
また、図9における支持体30の上端面右端部には、第2中子部材154を間に挟んで対向する位置に、第1整列盤186、第2整列盤188が位置決め固定されている。
【0059】
この摩擦撹拌接合用治具20は、以上の手段の他、図4および図6に示すように、円筒体W2を押止するための第1押止手段190a、第2押止手段190bを有する。このうち、第1押止手段190aは、基台22に立設された支持盤192と、該支持盤192の平面部位上端面に載置・固定された上下動シリンダ194と、該上下動シリンダ194のピストンロッド196、および支持盤192における柱状部位の上端部にリンク198、200を介して連結されたアーム部材202と、該アーム部材202の先端部に設置された押止部材204とを備える。この押止部材204の長手方向の寸法は、円筒体W2の長手方向の寸法と略同等である(図4参照)。
【0060】
残余の第2押止手段190bは第1押止手段190aと同一構成であり、したがって、第1押止手段190aと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【0061】
第1押止手段190aおよび第2押止手段190bの各押止部材204が円筒体W2を押止した際には、両押止部材204の間に間隙210が形成される。この間隙210には、円筒体W2の端面同士が当接した箇所を接合するための摩擦撹拌接合用工具250が挿入される。
【0062】
なお、この摩擦撹拌接合用工具250は、図示しない摩擦撹拌接合装置のスピンドルに固定された回転体252(図4参照)と、該回転体252の先端部に設けられたプローブ254とを有する。なお、前記スピンドルは、スピンドルカバー256内に収容されている。
【0063】
このスピンドルカバー256の一側面にはステー258が設置されており、このステー258には、ロータリアクチュエータ260が支持固定されている。また、ステー258の凹部には、図示しない通路が内部に設けられた箱型の継手262が挿入されており、この継手262には、回転体252に向けて噴出される冷却用の圧縮エアを送気するためのエア導入チューブ264と、冷却用エア噴出管266とが接続されている。
【0064】
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用治具20は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【0065】
この摩擦撹拌接合用治具20は、図示しない摩擦撹拌接合装置に設置されて使用される。まず、摩擦撹拌接合作業に先立ち、チューブ144、144を介して冷却水が供給される。
【0066】
供給された冷却水は、支持体30に設けられた冷却水入口通路146(図10参照)を経由して、第2中子部材154に設けられた第1通路158、第2通路160を構成する各上部通路162に導入される。冷却水は、さらに、第2中子部材154の図5における右端部から左端部に指向して流通した後、該左端部にて各下部通路164に移動し、該下部通路164に沿って第2中子部材154の図5における左端部から右端部に指向して流通する。
【0067】
各下部通路164を流通した冷却水は、支持体30に設けられた冷却水出口通路148(図10参照)を経由した後、チューブ144、144を介して摩擦撹拌接合用治具20の外部へと排出される。
【0068】
また、図示しない前記圧縮エア用チューブを介して圧縮エアを供給する。この圧縮エアは、支持体30および第2中子部材154の内部のエア通路172を通過して、第1中子部材152に設けられたエア噴出口174から排出される。
【0069】
上記のようにして冷却水および圧縮エアを第2中子部材154の内部に流通させるようにした後、第1突出部12および第2突出部14が形成された円筒体W2(図2参照)の内部に、第1突出部12を先頭にして支持用中子32(図4および図5参照)を通す。そして、該円筒体W2を支持用中子32に載置し、該支持用中子32を構成する第1中子部材152の湾曲上面に円筒体W2の内周壁を当接させる。
【0070】
この場合、支持用中子32の長手方向は、摩擦撹拌接合用工具250の変位方向と平行である。したがって、円筒体W2を摩擦撹拌接合用工具250の変位方向に沿ってセットすることができる。このため、円筒体W2を支持用中子32にセットした後に摩擦撹拌接合用工具250の変位方向に整合させるための位置合わせ等を行う必要がないので、摩擦撹拌接合作業を迅速に行うことができる。
【0071】
そして、円筒体W2を支持用中子32に沿って変位させ、該円筒体W2の一端面の下方をストッパ部材40に当接させるとともに、該一端面の上方を第1整列盤186および第2整列盤188に当接させる。
【0072】
次に、変位シリンダ48を付勢して、ピストンロッド50を前進動作させる。これに追従して位置決め用ブラケット46が押圧されることに伴い、係合用ブラケット44、ひいては第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28がレール42に案内されて変位する。
【0073】
このようにして係合用ブラケット44が図6に破線で示す位置から実線で示す位置まで変位した場合、位置決め用ブラケット46が停止盤56に当接する。これにより第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28のそれ以上の変位が抑止され、支持体30の下方における所定の箇所に位置決めされる。
【0074】
なお、この変位の際、第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28の各支持用ロッド58、60は下死点に位置しているので、該支持用ロッド58、60が支持体30に当接することはない。このように、第2支持手段を第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28とすることにより、支持用ロッド58、60が支持体30に当接することを回避することができる。
【0075】
次に、第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28を付勢し、各支持用ロッド58、60を支持体30に指向して前進動作させる。すなわち、各支持用ロッド58、60は、図6における上方に指向して変位し、下方から支持体30を支持する。これにより、支持体30、ひいては円筒体W2が、柱状部材24、第1支持ナチュラルロックシリンダ26および第2支持ナチュラルロックシリンダ28によって両端部から支持される。
【0076】
次に、第1押止手段190a、第2押止手段190b(図4参照)の各上下動シリンダ194を付勢して、ピストンロッド196を上昇動作させる。これに伴い、アーム部材202がリンク198、200との結合箇所を支点として円筒体W2に指向して傾動動作し、最終的に、押止部材204が円筒体W2の外周壁面に当接する(図4、図6および図10参照)。
【0077】
その後、ピストンロッド196の圧が低減され、その結果、押止部材204が円筒体W2の外周壁部面に小さな押圧力で載置された状態となる。
【0078】
次に、内周壁押圧シリンダ70(図5参照)を付勢して、ピストンロッド72を前進動作させる。この前進動作に伴って、該ピストンロッド72の頭部に連結されたカム74(図7参照)が前進動作する。
【0079】
カム74が前進動作すると、該カム74の上端面の係合溝80a〜80cが変位することに伴い、該係合溝80a〜80cに係合した突起部82a〜82cが押圧される。これにより該突起部82a〜82cが係合溝80a〜80c内に案内されながら摺動することに追従して、図7に破線で示すように、小ロッド78a〜78cが、カム74の前進動作方向と直交する方向に前進動作する。最終的に、小ロッド78a〜78cの各先端部に連結された押圧部材86が円筒体W2の内周壁面を押圧する。
【0080】
この押圧によって、円筒体W2が僅かに開く。換言すれば、当接した端面同士が僅かに離間する。円筒体W2の第1凸部10aと第3凸部10c同士、または、第2凸部10bと第4凸部10d同士が積層している場合、この離間によって、積層状態が解消される。
【0081】
積層状態を解消した後、ピストンロッド72を緩慢に後退動作させることによって押圧部材86を徐々に後退動作させれば、開かれた円筒体W2が徐々に閉じ、第1凸部10aと第3凸部10c同士、第2凸部10bと第4凸部10d同士が積層することなく当接して、第1突出部12、第2突出部14が形成される。
【0082】
第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が離間しているか否かは、エア噴出口174から噴出される圧縮エアにて確認することができる。端面同士が当接して間隙が存在しない場合、圧縮エアは、第1突出部12に遮断されて上昇しない。このため、第1突出部12の近傍で前記第2圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力は、エア噴出口174の近傍で前記第1圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力に比して大きくなる。
【0083】
これに対し、第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が離間して間隙が存在する場合、圧縮エアは、該間隙を通過して上昇する。この場合、前記第2圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力は、前記第1圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力と略同等となる。
【0084】
このようにして第1圧力センサおよび第2圧力センサでモニタリングされる圧縮エアの圧力を比較することにより、第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が離間しているかまたは当接しているかを確実に検知することができる。端面同士が離間して間隙が存在する場合、ピストンロッド72をさらに後退動作させればよい。
【0085】
なお、この作業が終了した時点では、図11に示すように、第1凸部10aと第3凸部10cの先端部同士、第2凸部10bと第4凸部10dの先端部同士が位置ずれを起こしていてもよい。また、円筒体W2における第1突出部12側の端面が第1整列盤186、第2整列盤188から離間していてもよい。
【0086】
次に、整列シリンダ88を付勢して、ピストンロッド90を介してフローティングロッド92を図5における右方に指向して後退動作させる。これに伴って後退動作する第1大ロッド98(図8参照)、第2大ロッド100に追従して、連結部材106および載置用連結部材118、ひいては第1把持部材138および整列用押圧部材142が図5における右方に変位する。
【0087】
上記したように、第1把持部材138の先端部よりも整列用押圧部材142の先端部の方が円筒体W2に近接する。このため、円筒体W2の端面には、整列用押圧部材142の先端部がまず当接する。
【0088】
円筒体W2の端面は、整列用押圧部材142に押圧されることにより、第1整列盤186、第2整列盤188に指向して変位する。そして、例えば、第1凸部10aが第3凸部10cに先行して変位する場合、第1凸部10aが設けられている側の端面が第1整列盤186に当接することによって変位が停止する。この状態で、整列用押圧部材142の変位がさらに続行されると、最終的に、第3凸部10cが設けられている側の端面が第2整列盤188に当接する。これにより第3凸部10cが設けられている側の端面の変位が停止して、円筒体W2の両端面が整列する。換言すれば、円筒体W2の両端面が面一となる。勿論、この整列に伴って整列用押圧部材142の変位も停止する。
【0089】
ピストンロッド90およびフローティングロッド92(ともに図7参照)の後退動作は、さらに続行される。この際、整列用押圧部材142が円筒体W2の端面に押止されているので、載置用連結部材118および整列用押圧部材142が変位することはない。
【0090】
一方、第1大ロッド98、第2大ロッド100は、ボルト134a、134bおよび円筒体状カバー部材136a、136bを介して、ケーシング130に収容されたコイルスプリング128a、128bを押圧・収縮させる。この収縮分が第1大ロッド98および第2大ロッド100のさらなるストロークとなり、結局、連結部材106、ひいては第1把持部材138のさらなる変位量となる。
【0091】
このようにして第1把持部材138が変位した結果、凹部140に第2突出部14が嵌合する。上記したような積層解除作業および端面位置合わせ作業が施されているので、凹部140に嵌合した第2突出部14において、第2凸部10bと第4凸部10d同士が積層していることはなく、また、これら第2凸部10bと第4凸部10dの先端部同士が位置ずれしていることもない。
【0092】
次に、把持シリンダ178を付勢して、ピストンロッド180を介して押圧盤182および第2把持部材168を図5および図9における左方に変位させる。最終的に、図9に示すように、第2把持部材168の湾曲凹部170にピン166が進入するとともに、凹部184に第1突出部12が嵌合する。勿論、第1突出部12においても、第1凸部10aと第3凸部10c同士が積層していることはなく、また、これら第1凸部10aと第3凸部10cの先端部同士が位置ずれしていることもない。
【0093】
以上のように第1突出部12および第2突出部14が第2把持部材168および第1把持部材138の各凹部140、184にそれぞれ嵌合することに伴って、円筒体W2が第1把持部材138および第2把持部材168に把持される。
【0094】
次に、ピストンロッド196に圧を再度加え、押止部材204で円筒体W2の外周壁面を押圧する。これにより、円筒体W2は、押止部材204にて外周壁面側から押圧され、かつ支持用中子32にて内周壁面側から押圧されるに至る。換言すれば、円筒体W2は、支持用中子32および押止部材204に挟持され、このために該円筒体W2が開いて板材形状に戻ることが確実に阻止される。
【0095】
この状態で、摩擦撹拌接合用工具250にて、円筒体W2における直線状の当接端面が摩擦撹拌接合される。
【0096】
なお、摩擦撹拌接合に先立ち、回転体252に指向して冷却用の圧縮エアが噴出される。具体的には、ロータリアクチュエータ260の作用下に継手262が図4における仮想線に示す位置から回動動作し、その結果、冷却用エア噴出管266の湾曲した先端部が回転体252に対向する。この状態で、図示しない圧縮エア源から圧縮エアが供給され、該圧縮エアは、エア導入チューブ264、継手262および冷却用エア噴出管266を介して回転体252に指向して噴出される。
【0097】
次に、摩擦撹拌接合用工具250を押止部材204同士の間隙210に挿入して回転体252を回転付勢した後、プローブ254を第1突出部12の任意の位置に摺接させる。この摺接に伴って摩擦熱が発生し、第1突出部12におけるプローブ254の当接箇所が軟化することにより該プローブ254の先端部が第1突出部12に埋没する。
【0098】
次に、回転体252の回転付勢を続行した状態で、摩擦撹拌接合用工具250を第2突出部14に指向して移動させる。この際、軟化した円筒体W2における当接箇所の肉は、プローブ254にて撹拌されることに伴って塑性流動し、該プローブ254が移動した後に冷却固化することに伴って固相接合する。この現象が逐次的に繰り返されることにより、円筒体W2の当接箇所が一体的に固相接合されるに至る。
【0099】
なお、基台22の低部が傾斜しているため、円筒体W2も、水平方向に対して傾斜している。このため、摩擦撹拌接合用工具250が移動する際、該円筒体W2とプローブ254との接触面積は、該円筒体W2が水平に支持されている場合に比して小さくなる。このため、プローブ254に対する負荷を小さくすることができる。
【0100】
また、摩擦撹拌接合用工具250が移動する際、該摩擦撹拌接合用工具250は、図示しない摩擦撹拌接合装置の作用下に、円筒体W2の傾斜に合わせて徐々に下降動作する。すなわち、プローブ254が円筒体W2から離脱することはない。
【0101】
この場合、上記したように、円筒体W2に第1突出部12および第2突出部14を設け、これら第1突出部12および第2突出部14を第1把持部材138および第2把持部材168により把持し、さらに、該円筒体W2を支持用中子32および押止部材204で挟持するようにしている。このため、円筒体W2が開いて板材形状に戻ることを確実に阻止することができ、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【0102】
また、第1突出部12においては、第1凸部10aと第3凸部10c同士の積層も位置ずれもない。勿論、第2突出部14においても、第2凸部10bと第4凸部10d同士の積層も位置ずれもない。このため、上記の摩擦撹拌接合作業を行うことにより、所定の直径および長さを有するホイールリムを確実に、しかも、効率よく製作することができる。すなわち、寸法精度が極めて良好なホイールリムを得ることができる。
【0103】
さらに、摩擦撹拌接合によれば、隆起部を形成することなく当接箇所を接合することが可能であり、したがって、仕上げ作業が不要となる。このため、外観が良好なホイールリムを効率よく製作することができる。
【0104】
以上のようにして摩擦撹拌接合作業が遂行される間、円筒体W2にプローブ254が摺接することに伴って、該円筒体W2に摩擦熱および加工熱が発生する。これらの熱は、支持用中子32に伝達される。
【0105】
ここで、支持用中子32を構成する第2中子部材154の内部には、上記したように冷却水が流通されている。このため、第1中子部材152を介して第2中子部材154に伝達された熱は、冷却水によって速やかに除去される。これにより、支持用中子32が所定の温度、例えば、50℃を上回ることのないように制御される。このため、円筒体W2の温度が上昇することも抑制されるので、摩擦撹拌接合の最中に該円筒体W2にバリが発生することを回避することもできる。
【0106】
また、摩擦撹拌接合を行うプローブ254も、冷却用エア噴出管266から噴出された圧縮エアによって冷却されている。これにより回転体252が特に円筒体W2の外周壁面に指向して熱膨張を起こすことを回避することができる。このため、プローブ254の埋没量が略一定となるので、寸法精度が良好な製品を、バリを発生させることなく連続して得ることができる。
【0107】
円筒体W2の摩擦撹拌接合が終了した後、上下動シリンダ194を付勢してピストンロッド196を下降動作させることで押止部材204を円筒体W2から離間させる。さらに、把持シリンダ178のピストンロッド180を図5における右方に後退動作させる一方で、整列シリンダ88のピストンロッド90を図5における左方に前進動作させる。これにより、第1突出部12が第2把持部材168から離間するとともに、第2突出部14が第1把持部材138から離間する。結局、第1突出部12および第2突出部14を有する円筒体W2が摩擦撹拌接合用治具20から解放される。
【0108】
円筒体W2を支持用中子32から離脱させた後、最後に、第1突出部12および第2突出部14を切断除去すれば、寸法精度が極めて良好なホイールリムが得られるに至る。
【0109】
このように、内周壁押圧シリンダ70で第1凸部10aと第3凸部10c、および第2凸部10bと第4凸部10dの積層を解消し、かつ整列シリンダ88で第1凸部10aと第3凸部10c、および第2凸部10bと第4凸部10dの位置合わせを行うことにより、寸法精度が極めて良好なホイールリムを容易かつ簡便に、しかも、効率よく製作することができる。
【0110】
この切断除去作業を遂行する一方で、次なる円筒体W2が摩擦撹拌接合用治具20にセットされる。この円筒体W2の内周壁面は、支持用中子32を構成する第1中子部材152の湾曲上面に当接する。
【0111】
上記したように、第2中子部材154の内部には冷却水が流通されており、したがって、支持用中子32の温度が上昇することが著しく抑制されている。このため、次に摩擦撹拌接合される円筒体W2が摩擦撹拌接合用治具20にセットされた際、支持用中子32から円筒体W2に熱が伝達されて該円筒体W2の温度が上昇することを回避することができる。これにより、次なる円筒体W2の金属組織が変化することを回避することができるので、連続的に製作されるホイールリムにおける強度等の機械的諸特性にバラツキが生じることを回避することができる。
【0112】
このように、円筒体W2の内周壁面に当接する支持用中子32の内部に冷却水を流通することにより、品質に差異がないホイールリムを連続して製作することが著しく容易となる。
【0113】
なお、本実施の形態においては、円筒体としてホイールリムを例示して説明したが、特にこれに限定されるものではない。
【0114】
また、冷却媒体は冷却水に限定されるものではなく、オイル等を使用するようにしてもよい。
【0115】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、円筒体を一端面側から押圧して該円筒体を変位させ、他端面が部材(整列盤)に当接した際に変位を終了させるようにしている。このため、円筒体における接合方向に沿った端面同士の位置ずれが解消されるので、換言すれば、円筒体の接合方向に沿った端面同士の位置が確実に合致するので、寸法精度に優れる円筒体を製作することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図1】各隅角部に凸部を有するホイールリム用のワークの概略全体斜視図である。
【図2】図1のワークを湾曲させるとともに凸部同士を当接させることによって形成された突出部を有する円筒体の概略全体斜視図である。
【図3】図2の円筒体の突出部を形成する端部同士が積層した状態を示す要部拡大説明図である。
【図4】本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用治具の要部概略斜視図である。
【図5】図4のV−V線矢視断面図である。
【図6】図4の摩擦撹拌接合用治具の正面図である。
【図7】円筒体の内周壁を押圧するための内周壁押圧シリンダ、カムおよび小ロッドを示す平面図である。
【図8】円筒体の突出部を把持するとともに該円筒体の端面を位置合わせするための整列シリンダおよび大ロッドを示す平面図である。
【図9】図4の摩擦撹拌接合用治具の平面図である。
【図10】図5のX−X線矢視断面図である。
【図11】図2の円筒体の突出部を形成する端部同士が位置ずれを起こした状態を示す要部拡大説明図である。
【符号の説明】
10a〜10d…凸部 12、14…突出部
20…摩擦撹拌接合用治具 22…基台
24…柱状部材
26、28…支持ナチュラルロックシリンダ
30…支持体 32…支持用中子
40…ストッパ部材 42…レール
48…変位シリンダ 50…ピストンロッド
58、60…支持用ロッド 62、64…挿入用穴部
66…カム挿入部 70…内周壁押圧シリンダ
72…ピストンロッド 74…カム
78a〜78c…小ロッド 80a〜80c…係合溝
82a〜82c…突起部 86…押圧部材
88…整列シリンダ 90…ピストンロッド
92…フローティングロッド 98、100…大ロッド
106…連結部材 118…載置用連結部材
128a、128b…コイルスプリング
138、168…把持部材 140、184…凹部
142…整列用押圧部材 146…冷却水入口通路
148…冷却水出口通路 150、172…エア通路
152、154…中子部材 156…挿入溝
158、160、162、164…通路
174…エア噴出口 178…把持シリンダ
180…ピストンロッド 182…押圧盤
186、188…整列盤 190a、190b…押止手段
194…上下動シリンダ 196…ピストンロッド
204…押止部材 210…間隙
250…摩擦撹拌接合用工具 252…回転体
254…プローブ W1…ワーク
W2…円筒体
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a friction stir welding jig capable of efficiently producing a cylindrical body with good dimensional accuracy.
[0002]
[Prior art]
Tires necessary for the automobile to travel are fitted on the wheels. This wheel is manufactured, for example, by joining a wheel disk formed in a disk shape and a wheel rim formed in a cylindrical shape by welding or the like. Such a wheel is called a two-piece wheel, and in recent years, there has been a demand for weight reduction in automobiles. Therefore, both wheel discs and wheel rims are mainly made of aluminum. It's getting on.
[0003]
Among these, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, as a method for manufacturing a wheel rim, first, end surfaces of rectangular plate materials are brought into contact with each other to form a cylindrical body, and then this contact is made. So-called butt resistance welding, in which the end faces are subjected to resistance welding, is exemplified. Patent Document 3 proposes that after forming a cylindrical body in the same manner as described above, MIG welding or TIG welding is performed to join the contacted end faces.
[0004]
By the way, when a contact location is joined by the welding method described in Patent Documents 1 to 3, a raised portion is formed by the rise of the meat in the vicinity of the welded portion. In the state where the raised portion exists, the product is inferior in appearance quality, and thus a complicated finishing work for grinding the raised portion is required. In addition, for this reason, the problem that the wheel rim cannot be manufactured efficiently has become apparent.
[0005]
Therefore, it is possible to join the contact points without forming a raised portion, and it is also conceived to employ friction stir welding that does not require a finishing operation. However, when performing friction stir welding, since a probe is pressed to the contact location which should be joined, the contacted end surfaces may separate and a gap may arise in the contact location. When such a situation occurs, the bonding strength is lowered, and a part that causes bonding failure occurs.
[0006]
In order to avoid such inconveniences, Patent Document 4 describes that in the case of friction stir welding between plate members, the plate members are prevented from being separated by pressing the end surfaces of both plate members along the displacement direction of the rotor. It has been proposed to do.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-206951 (paragraph [0006] and FIG. 1)
[Patent Document 2]
JP 10-129204 A (paragraph [0008] and FIG. 1)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 62-107832 (lower right column on page 2, lines 7 to 11)
[Patent Document 4]
JP-A-10-193139 (paragraph [0011] and FIG. 1)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the method described in Patent Document 4 is effective when joining plate members together, it cannot be employed when a cylindrical body is manufactured such as a wheel rim.
[0009]
After all, a method for manufacturing a cylindrical body by friction stir welding has not been established yet.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to easily and easily obtain a cylindrical body excellent in appearance quality by friction stir welding. For this purpose, the cylindrical body is efficiently manufactured. An object of the present invention is to provide a friction stir welding jig that can be used.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In the process of intensive studies so that the friction stir welding of the cylindrical body can be performed, the present inventors have pressed and supported the cylindrical body from both the outer peripheral wall surface side and the inner peripheral wall surface side, thereby making contact with the cylindrical body. Recalling that the contacted end faces are separated, in other words, preventing the cylindrical body from opening.
[0012]
However, in this case, if the workpiece is bent and set as a cylindrical body on a jig, the positions of the end faces may not match. If friction stir welding is performed in such a state, a wheel rim in which the positions of the end faces are slightly displaced along the welding direction is produced. That is, the dimensional accuracy of the wheel rim is not good.
[0013]
The present inventors have repeated further studies to avoid such a situation, and have come to the present invention.
[0014]
That is, the present invention is a friction stir welding jig used when the end faces of a cylindrical body formed by contacting end faces of plate members having convex portions at corners are friction stir welded. Because
The base,
First support means and second support means provided on the base;
A support core that is spaced apart from the base via the first support means and the second support means, and is inserted into the cylindrical body to support the cylindrical body;
Projections that are arranged on the support core and that extend along the joining direction as the projections abut at both ends of the abutting portion of the cylindrical body. A first gripping member and a second gripping member that respectively grip
Two alignment plates that are in contact with one end surface of the cylindrical body and are disposed across the contact portion of the cylindrical body;
Alignment means comprising a cylinder for pressing and displacing the cylindrical body from the other end surface side until one end surface of the cylindrical body abuts on the alignment board;
It is characterized by having.
[0015]
With such a configuration, it is possible to easily and reliably align the end faces along the joining direction in the cylindrical body under the action of the aligning means. That is, it is possible to eliminate the positional shift of the end surfaces in the joining direction of the cylindrical body without performing complicated operations. For this reason, friction stir welding can be performed efficiently.
[0016]
Note that it is preferable that either the first gripping member or the second gripping member is displaced by the cylinder. Thereby, the number of members constituting the friction stir jig can be reduced, and eventually the friction stir welding jig can be configured at low cost.
[0017]
In this case, it is preferable that the first gripping member or the second gripping member is displaced after the displacement of the cylindrical body is finished and fitted to the protruding portion of the cylindrical body. In this case, the protruding portion is gripped in a state where there is no displacement. Therefore, it is possible to manufacture a cylindrical body with better dimensional accuracy.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the friction stir welding jig according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present embodiment, a case where a wheel rim is manufactured as a cylindrical body will be described as an example.
[0019]
As shown in FIG. 1, a work W1 for manufacturing a wheel rim is a substantially rectangular plate material and is made of aluminum. 1st convex part 10a-4th convex part 10d which protruded toward the arrow A direction in FIG. 1 are provided in the four corners of this workpiece | work W1. As will be described later, the direction along the arrow A is the joining direction. In other words, the first convex portion 10a to the fourth convex portion 10d are formed to protrude along the joining direction.
[0020]
The workpiece W1 is bent along the arrow B direction in FIG. 1, and finally, as shown in FIG. 2, the first protrusions extending in the arrow A direction are brought into contact with each other by bringing the end faces of the workpiece W1 into contact with each other. A cylindrical body W2 having the portion 12 and the second projecting portion 14 is formed. In addition, the 1st protrusion part 12 is formed when the end surfaces of the 1st convex part 10a and the 3rd convex part 10c mutually contact | abut, while the 2nd protrusion part 14 is the 2nd convex part 10b and the 4th convex part. The end surfaces of the portion 10d are formed by abutting each other.
[0021]
In addition, as shown in FIG. 3, at this time, the 1st convex part 10a and the 3rd convex part 10c, or the 2nd convex part 10b and the 4th convex part 10d may be laminated | stacked.
[0022]
Next, the configuration of the friction stir welding jig according to the present embodiment will be described.
[0023]
4 is a schematic perspective view of a main part of the friction stir welding jig 20 according to the present embodiment, and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. As can be understood from FIGS. 4 and 5, the friction stir welding jig 20 includes a base 22 (see FIG. 5) having a slightly inclined bottom surface, a columnar member 24 as a first support means, and a second member. The first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 as support means, and the columnar member 24, the first support natural lock cylinder 26, and the second support natural lock cylinder 28, and various types described later. It has a support 30 that holds the means, and a support core 32 that is placed and connected to the upper end surface of the support 30.
[0024]
Here, the first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 are supports having means for smoothly locking the plunger by hydraulic pressure.
[0025]
As shown in FIG. 5, the columnar member 24 erected on the base 22 includes a bottom plate 34 and a vertical column plate 36 combined in a substantially L shape, and the vertical column plate 36 is supported by a support plate 38. Become. A stopper member 40 is connected and fixed to the upright column 36.
[0026]
On the other hand, as shown in FIGS. 4 to 6, a rail 42 is laid on the base 22. The first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 are movable along the rail 42.
[0027]
That is, the engaging groove of the engaging bracket 44 is engaged with the rail 42 (see FIG. 4), and the positioning bracket 46 is connected and fixed on the engaging bracket 44. On one side surface of the positioning bracket 46, an accommodation bracket 52 in which the head of the piston rod 50 constituting the displacement cylinder 48 is prevented from being positioned is fixed. The first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 are connected and fixed to the positioning bracket 46. Therefore, following the forward / backward movement of the piston rod 50 of the displacement cylinder 48, It is displaced by being guided by the rail 42.
[0028]
The displacement cylinder 48 is supported by a substantially L-shaped support board 54 connected to the base 22. A stop plate 56 is provided at a position opposite to the displacement cylinder 48. When the positioning bracket 46 reaches a predetermined position, the stop bracket 56 causes the positioning bracket 46 and thus the first support natural lock cylinder 26 to be located. Further displacement of the second support natural lock cylinder 28 is suppressed.
[0029]
Further, the support rods 58 and 60 of the first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 are moved up and down in a direction approaching or separating from the support 30.
[0030]
As shown in FIG. 5, the support 30 is provided with a first insertion hole 62 and a second insertion hole 64 along the longitudinal direction thereof. Among these, the first insertion hole 62 communicates with a cam insertion portion 66 that is wider than the first insertion hole 62 and whose end is closed. In addition, a recess 68 that communicates with the cam insertion portion 66 is formed in the bottom portion of the support 30 by cutting out a part of the support 30. Note that the width of the recess 68 is set larger than that of the cam insertion portion 66.
[0031]
Further, an inner peripheral wall pressing cylinder 70 for pressing the cylindrical body W2 from the inner peripheral wall surface side is connected and fixed to one end portion of the support body 30, and the piston rod 72 of the inner peripheral wall pressing cylinder 70 is shown in FIG. Is inserted into the first insertion hole 62 together with the cam 74 shown in FIG. A bush (not shown) is interposed between the piston rod 72 and the support 30.
[0032]
As shown in FIG. 7, the head of the piston rod 72 is connected to a cam 74 via a connecting annular member 76. As will be described later, as the piston rod 72 moves forward / backward, the small rods 78a to 78c move forward / backward in the direction orthogonal to the forward / backward direction of the piston rod 72 under the action of the cam 74.
[0033]
Engagement grooves 80 a to 80 c that are inclined at a predetermined angle with respect to the longitudinal direction of the cam 74 are provided on the upper end surface of the cam 74. On the other hand, projections 82a to 82c are provided on the bottom surfaces of the small rods 78a to 78c, respectively, and these projections 82a to 82c are slidably engaged with the engagement grooves 80a to 80c (see FIG. 5).
[0034]
The cam 74 is held on the support 30 by connecting the holding member 84 inserted into the recess 68 to the support 30.
[0035]
A pressing member 86 is connected to each tip of the small rods 78a to 78c via a bolt (not shown) (see FIG. 7). The front end surface of each pressing member 86 is curved to match the inner peripheral wall surface of the cylindrical body W2.
[0036]
One second insertion hole 64 is provided so as to penetrate the support 30 along the longitudinal direction of the support 30 (see FIG. 5). A piston rod 90 including a universal joint of an alignment cylinder 88 connected and fixed to the right end surface of the support 30 in FIG. 5 is inserted into the second insertion hole 64.
[0037]
One end of a long floating rod 92 is connected to the head of the piston rod 90. The other end of the floating rod 92 protrudes from the second insertion hole 64.
[0038]
Here, as shown in FIG. 8, at one end portion of the support 30, a first rod insertion small hole portion 94 and a second rod insertion small hole portion 96 are formed on both sides of the second insertion hole portion 64. Is provided. The first large rod 98 and the second large rod 100 are inserted into the first rod insertion small hole portion 94 and the second rod insertion small hole portion 96, respectively.
[0039]
A bearing (not shown) is interposed between the support body 30, the first large rod 98, and the second large rod 100, and the bearing includes a first rod insertion small hole portion 94, a second rod insertion small size. The first cap member 102 and the second cap member 104 fitted in the hole 96 are sealed.
[0040]
The connecting member 106 is in contact with the head end surface of the floating rod 92. The connecting member 106 is provided with a first through hole 108, a second through hole 110, and a third through hole 112, and a bolt 114 passed through the second through hole 110 provided in the center is connected to the floating rod 92. Screwed into the head.
[0041]
Further, the first large rod 98 and the second large rod 100 are passed through the first through hole 108 and the third through hole 112, whereby the floating rod 92, the first large rod 98, and the second large rod 100 are connected. Are connected to each other via a connecting member 106. The first large rod 98 and the second large rod 100 are prevented from being removed from the first through hole 108 and the third through hole 112 by the annular stopper 116, while the floating rod 92 is prevented from coming out from the second through hole 110. The stop is made by the head end face of the floating rod 92 and the bolt 114.
[0042]
The first large rod 98 and the second large rod 100 projecting from the first through hole 108 and the third through hole 112 of the connecting member 106 have a vertical dimension in FIG. A slightly small mounting connecting member 118 is bridged. That is, as shown in FIG. 8, the mounting connecting member 118 is provided with a fourth through hole 120 and a fifth through hole 122, and the first large rod 98 and the second large rod 100 are The fourth through hole 120 and the fifth through hole 122 are respectively passed through. A bearing (not shown) is also interposed between the mounting connecting member 118 and the first large rod 98 and the second large rod 100, and the bearings include the fourth through hole 120 and the fifth through hole 122. It is sealed by the third cap member 124 and the fourth cap member 126 fitted to each other.
[0043]
The first large rod 98 and the second large rod 100 protrude from the fourth through hole 120 and the fifth through hole 122 of the mounting connecting member 118 and further extend. In addition, casings 130a and 130b accommodating coil springs 128a and 128b are installed at the respective front end portions.
[0044]
The casings 130a and 130b are respectively cylindrical bodies 132a and 132b that are fitted to the side peripheral walls of the first large rod 98 and the second large rod 100 and opened at one end, and the first large rod 98 and the second large rod. A cylindrical cover member 136a, 136b connected to the head of the rod 100 via bolts 134a, 134b and having one end opened, and the side peripheral walls of the cylindrical cover members 136a, 136b are cylindrical The surrounding walls of the shaped bodies 132a and 132b are surrounded. The ends of the coil springs 128a and 128b are respectively seated on the bottom surfaces of the cylindrical bodies 132a and 132b and the ceiling surfaces of the cylindrical cover members 136a and 136b.
[0045]
A first gripping member 138 is connected and fixed to the upper end surface of the connecting member 106 (see FIG. 5). As shown in FIG. 9, the first grip member 138 is provided with a recess 140 having a shape corresponding to the shape of the second protrusion 14. Further, a substantially U-shaped alignment pressing member 142 is provided on the upper end surface of the mounting connecting member 118 (see FIGS. 5 and 9). The alignment pressing member 142 is disposed so as to surround the first gripping member 138, and the distal end portion thereof protrudes beyond the distal end portion of the first gripping member 138. For this reason, when the cylindrical body W2 is set, the distal end portion of the alignment pressing member 142 comes into contact with the cylindrical body W2 earlier than the distal end portion of the first gripping member 138.
[0046]
As will be described later, the first gripping member 138 and the alignment pressing member 142 are provided with the floating rod 92, the first large rod 98, and the second large rod as the piston rod 90 (see FIG. 5) is biased. Displace through 100.
[0047]
The right end portion of the support 30 in FIG. 5, that is, the end portion on the side where the alignment cylinder 88 and the inner peripheral wall pressing cylinder 70 are connected and fixed, is shown in FIG. Thus, the four tubes 144a to 144d for circulating the cooling water are connected via the pipe joint 145, respectively. On the other hand, a cooling water inlet passage 146 for introducing cooling water and a cooling water outlet passage 148 for discharging cooling water are provided inside the support 30. An air passage 150 is also provided inside the support 30, and a compressed air tube (both not shown) is connected to the air passage 150 through a pipe joint.
[0048]
The support core 32 positioned and fixed to the upper end surface of the support 30 includes a first core member 152 and a second core member 154. The inner peripheral wall surface of the cylindrical body W2 comes into contact with the curved upper surface of the first core member 152, and the cylindrical body W2 is supported by the friction stir welding jig 20.
[0049]
On the upper end portion of the second core member 154 placed and connected to the upper end surface of the support body 30, a convex portion that protrudes in an inclined manner is provided. An insertion groove 156 is formed in the convex portion along the longitudinal direction of the support 30.
[0050]
Moreover, the 1st channel | path 158 and the 2nd channel | path 160 are provided in the both sides of the insertion groove 156 in the 2nd core member 154 (refer FIG. 5). The first passage 158 and the second passage 160 are provided in an upper passage 162 extending from the right end portion to the left end portion in FIG. 5 of the second core member 154, and provided below the upper passage 162. 5 has a lower passage 164 communicating with the upper passage 162 at the left end portion in FIG. The lower passage 164 extends from the left end portion of the second core member 154 in FIG. 5 toward the right end portion.
[0051]
Each upper passage 162 constituting the first passage 158 and the second passage 160 communicates with the cooling water inlet passage 146, while each lower passage 164 communicates with the cooling water outlet passage 148. That is, the cooling water is circulated through the first passage 158 and the second passage 160.
[0052]
Four pins 166 are erected on the upper end surface of the second core member 154 in the vicinity of the right end in FIGS. 5 and 9 at positions facing each other with the insertion groove 156 interposed therebetween. Two of these pins 166 enter the curved concave portion 170 of the second gripping member 168.
[0053]
The first core member 152 is inserted and positioned and fixed in an insertion groove 156 provided in the second core member 154. In the vicinity of the pin 166 in the first core member 152, an air outlet 174 communicating with the air passage 150 provided in the second core member 154 is provided.
[0054]
Thus, by making the 1st core member 152 which has a curved upper surface, and the 2nd core member 154 which has the 1st passage 158 and the 2nd passage 160 in which cooling water circulates inside as a separate member, Each of the first core member 152 and the second core member 154 can be easily manufactured.
[0055]
Here, the pressure of the compressed air ejected from the air ejection port 174 is constantly monitored by a first pressure sensor (not shown). On the other hand, the pressure of the compressed air in the vicinity of the first convex portion 10a and the third convex portion 10c of the cylindrical body W2 is also monitored by a second pressure sensor (not shown). As will be described later, by comparing the pressures of compressed air monitored by the first pressure sensor and the second pressure sensor, the first convex portion 10a and the third convex portion 10c are in a separated state or in contact with each other. It is determined whether it is in the state.
[0056]
As shown in FIGS. 5 and 9, a gripping cylinder 178 is installed on the right end portion of the upper end surface of the support 30 via a fixed platen 176. The gripping cylinder 178 includes a piston rod 180 and two guide members 181a and 181b (see FIG. 9), and a pressure plate 182 is bridged by the piston rod 180. The second gripping member 168 is connected to the pressing plate 182.
[0057]
As described above, the curved recess 170 is formed at the tip of the second gripping member 168 at a position corresponding to the pin 166. The second gripping member 168 is provided with a recess 184 having a shape corresponding to the shape of the first protrusion 12.
[0058]
In addition, a first alignment plate 186 and a second alignment plate 188 are positioned and fixed to the right end portion of the upper end surface of the support 30 in FIG. 9 at positions facing each other with the second core member 154 interposed therebetween.
[0059]
In addition to the above means, the friction stir welding jig 20 includes first and second holding means 190a and 190b for holding the cylindrical body W2, as shown in FIGS. . Among these, the first pressing means 190 a includes a support plate 192 erected on the base 22, a vertical motion cylinder 194 placed and fixed on the upper end surface of the planar portion of the support plate 192, and the vertical motion cylinder 194 includes a piston rod 196, an arm member 202 connected to the upper end portion of the columnar portion of the support plate 192 via links 198 and 200, and a pressing member 204 installed at the distal end portion of the arm member 202. . The longitudinal dimension of the retaining member 204 is substantially the same as the longitudinal dimension of the cylindrical body W2 (see FIG. 4).
[0060]
The remaining second pressing means 190b has the same configuration as the first pressing means 190a. Therefore, the same components as those of the first pressing means 190a are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. To do.
[0061]
When the pressing members 204 of the first pressing means 190a and the second pressing means 190b hold the cylindrical body W2, a gap 210 is formed between the both pressing members 204. A friction stir welding tool 250 for joining the portions where the end faces of the cylindrical body W2 are in contact with each other is inserted into the gap 210.
[0062]
The friction stir welding tool 250 includes a rotating body 252 (see FIG. 4) fixed to a spindle of a friction stir welding apparatus (not shown), and a probe 254 provided at the tip of the rotating body 252. The spindle is accommodated in a spindle cover 256.
[0063]
A stay 258 is installed on one side surface of the spindle cover 256, and a rotary actuator 260 is supported and fixed to the stay 258. In addition, a box-shaped joint 262 having a passage (not shown) provided therein is inserted into the recess of the stay 258, and compressed air for cooling that is jetted toward the rotating body 252 is inserted into the joint 262. An air introduction tube 264 for supplying air and a cooling air jet tube 266 are connected.
[0064]
The friction stir welding jig 20 according to the present embodiment is basically configured as described above. Next, the function and effect will be described.
[0065]
The friction stir welding jig 20 is installed and used in a friction stir welding apparatus (not shown). First, prior to the friction stir welding operation, the tube 144 is a 144 c Cooling water is supplied via
[0066]
The supplied cooling water constitutes a first passage 158 and a second passage 160 provided in the second core member 154 via a cooling water inlet passage 146 (see FIG. 10) provided in the support 30. Are introduced into each upper passage 162. The cooling water further circulates from the right end portion to the left end portion in FIG. 5 of the second core member 154 and then moves to each lower passage 164 at the left end portion. The two core members 154 circulate from the left end to the right end in FIG.
[0067]
The cooling water flowing through each lower passage 164 passes through the cooling water outlet passage 148 (see FIG. 10) provided in the support 30 and then the tube 144. b 144 d Then, it is discharged to the outside of the jig 20 for friction stir welding.
[0068]
Further, compressed air is supplied through the compressed air tube (not shown). The compressed air passes through the air passage 172 inside the support 30 and the second core member 154 and is discharged from an air jet port 174 provided in the first core member 152.
[0069]
After the cooling water and the compressed air are circulated inside the second core member 154 as described above, the cylindrical body W2 in which the first protrusion 12 and the second protrusion 14 are formed (see FIG. 2). The support core 32 (see FIGS. 4 and 5) is passed through the inside with the first projecting portion 12 at the top. Then, the cylindrical body W2 is placed on the supporting core 32, and the inner peripheral wall of the cylindrical body W2 is brought into contact with the curved upper surface of the first core member 152 constituting the supporting core 32.
[0070]
In this case, the longitudinal direction of the support core 32 is parallel to the displacement direction of the friction stir welding tool 250. Therefore, the cylindrical body W2 can be set along the displacement direction of the friction stir welding tool 250. For this reason, it is not necessary to perform alignment or the like for aligning in the displacement direction of the friction stir welding tool 250 after the cylindrical body W2 is set on the support core 32, so that the friction stir welding operation can be performed quickly. it can.
[0071]
Then, the cylindrical body W2 is displaced along the supporting core 32, the lower end of the one end surface of the cylindrical body W2 is brought into contact with the stopper member 40, and the first alignment plate 186 and the second upper end are disposed above the one end surface. It abuts on the alignment board 188.
[0072]
Next, the displacement cylinder 48 is urged to move the piston rod 50 forward. Following this, as the positioning bracket 46 is pressed, the engaging bracket 44, and thus the first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 are guided by the rail 42 and displaced.
[0073]
In this way, when the engaging bracket 44 is displaced from the position indicated by the broken line in FIG. 6 to the position indicated by the solid line, the positioning bracket 46 contacts the stop board 56. Thus, further displacement of the first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 is suppressed, and the first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 are positioned at predetermined positions below the support 30.
[0074]
During this displacement, the support rods 58 and 60 of the first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 are located at the bottom dead center, so that the support rods 58 and 60 are supported. There is no contact with the body 30. In this way, by using the first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 as the second support means, it is possible to avoid the support rods 58 and 60 from coming into contact with the support 30.
[0075]
Next, the first support natural lock cylinder 26 and the second support natural lock cylinder 28 are energized, and the support rods 58 and 60 are moved forward toward the support 30. That is, the support rods 58 and 60 are displaced upward in FIG. 6 and support the support 30 from below. Thereby, the support body 30 and by extension the cylindrical body W2 are supported from both ends by the columnar member 24, the first support natural lock cylinder 26, and the second support natural lock cylinder 28.
[0076]
Next, the vertical movement cylinders 194 of the first pressing means 190a and the second pressing means 190b (see FIG. 4) are urged to raise the piston rod 196. Along with this, the arm member 202 tilts toward the cylindrical body W2 with the connection point with the links 198 and 200 as a fulcrum, and finally the pressing member 204 comes into contact with the outer peripheral wall surface of the cylindrical body W2 (FIG. 4, see FIG. 6 and FIG.
[0077]
Thereafter, the pressure of the piston rod 196 is reduced, and as a result, the pressing member 204 is placed on the outer peripheral wall surface of the cylindrical body W2 with a small pressing force.
[0078]
Next, the inner peripheral wall pressing cylinder 70 (see FIG. 5) is urged to move the piston rod 72 forward. With this forward movement, the cam 74 (see FIG. 7) connected to the head of the piston rod 72 moves forward.
[0079]
When the cam 74 moves forward, the protrusions 82a to 82c engaged with the engagement grooves 80a to 80c are pressed as the engagement grooves 80a to 80c on the upper end surface of the cam 74 are displaced. As a result, the small rods 78a to 78c are moved forward by the cam 74 as shown by broken lines in FIG. 7 following the sliding of the protrusions 82a to 82c while being guided into the engaging grooves 80a to 80c. It moves forward in a direction perpendicular to the direction. Finally, the pressing member 86 connected to each tip of the small rods 78a to 78c presses the inner peripheral wall surface of the cylindrical body W2.
[0080]
This pressing slightly opens the cylindrical body W2. In other words, the contacted end surfaces are slightly separated from each other. When the first protrusions 10a and the third protrusions 10c of the cylindrical body W2 or the second protrusions 10b and the fourth protrusions 10d are stacked, the separation state is canceled by this separation.
[0081]
If the pressing member 86 is gradually retracted by slowly retracting the piston rod 72 after the stacked state is eliminated, the opened cylindrical body W2 is gradually closed, and the first and third protrusions 10a and 10a The first protrusions 12 and the second protrusions 14 are formed by contacting the parts 10c, the second protrusions 10b, and the fourth protrusions 10d without being stacked.
[0082]
Whether or not the end surfaces of the first convex portion 10a and the third convex portion 10c are separated can be confirmed by compressed air ejected from the air ejection port 174. When the end surfaces are in contact with each other and there is no gap, the compressed air is blocked by the first protrusion 12 and does not rise. For this reason, the pressure of the compressed air monitored by the second pressure sensor in the vicinity of the first protrusion 12 is compared with the pressure of the compressed air monitored by the first pressure sensor in the vicinity of the air outlet 174. growing.
[0083]
On the other hand, when the end surfaces of the first convex portion 10a and the third convex portion 10c are separated from each other and there is a gap, the compressed air rises through the gap. In this case, the pressure of the compressed air monitored by the second pressure sensor is substantially equal to the pressure of the compressed air monitored by the first pressure sensor.
[0084]
In this way, by comparing the pressures of the compressed air monitored by the first pressure sensor and the second pressure sensor, the end surfaces of the first convex portion 10a and the third convex portion 10c are separated from or in contact with each other. It can be reliably detected. When the end surfaces are separated from each other and there is a gap, the piston rod 72 may be further retracted.
[0085]
At the end of this operation, as shown in FIG. 11, the tip portions of the first and third convex portions 10a and 10c, and the tip portions of the second and fourth convex portions 10b and 10d are positioned. A shift may be caused. Further, the end surface of the cylindrical body W2 on the first projecting portion 12 side may be separated from the first alignment plate 186 and the second alignment plate 188.
[0086]
Next, the alignment cylinder 88 is energized, and the floating rod 92 is moved backward through the piston rod 90 toward the right in FIG. The first large rod 98 (see FIG. 8) and the second large rod 100 that move backward in accordance with this, follow the second large rod 100, the coupling member 106 and the mounting coupling member 118, and thus the first gripping member 138 and the alignment pressing member. 142 is displaced to the right in FIG.
[0087]
As described above, the tip of the alignment pressing member 142 is closer to the cylindrical body W2 than the tip of the first gripping member 138. For this reason, the tip of the alignment pressing member 142 first comes into contact with the end surface of the cylindrical body W2.
[0088]
The end surface of the cylindrical body W2 is displaced toward the first alignment plate 186 and the second alignment plate 188 by being pressed by the alignment pressing member 142. For example, when the first convex portion 10a is displaced prior to the third convex portion 10c, the displacement is stopped when the end surface on the side where the first convex portion 10a is provided contacts the first alignment board 186. To do. If the displacement of the alignment pressing member 142 is further continued in this state, the end surface on the side where the third convex portion 10 c is provided finally comes into contact with the second alignment plate 188. Thereby, the displacement of the end surface on the side where the third convex portion 10c is provided stops, and both end surfaces of the cylindrical body W2 are aligned. In other words, both end surfaces of the cylindrical body W2 are flush with each other. Of course, along with this alignment, the displacement of the alignment pressing member 142 also stops.
[0089]
The backward movement of the piston rod 90 and the floating rod 92 (both see FIG. 7) is further continued. At this time, since the alignment pressing member 142 is held against the end surface of the cylindrical body W2, the placement connecting member 118 and the alignment pressing member 142 are not displaced.
[0090]
On the other hand, the first large rod 98 and the second large rod 100 press and contract the coil springs 128a and 128b accommodated in the casing 130 via the bolts 134a and 134b and the cylindrical cover members 136a and 136b. This contraction becomes a further stroke of the first large rod 98 and the second large rod 100, and eventually becomes a further displacement amount of the connecting member 106 and thus the first gripping member 138.
[0091]
As a result of the displacement of the first gripping member 138 in this way, the second protrusion 14 is fitted into the recess 140. Since the destacking operation and the end face alignment operation as described above are performed, the second projecting portion 10b and the fourth projecting portion 10d are stacked in the second projecting portion 14 fitted in the recess 140. In addition, the tip portions of the second convex portion 10b and the fourth convex portion 10d are not misaligned.
[0092]
Next, the gripping cylinder 178 is urged to displace the pressing plate 182 and the second gripping member 168 to the left in FIGS. 5 and 9 via the piston rod 180. Finally, as shown in FIG. 9, the pin 166 enters the curved recess 170 of the second gripping member 168, and the first protrusion 12 is fitted into the recess 184. Of course, also in the 1st protrusion part 12, the 1st convex part 10a and the 3rd convex part 10c are not laminated | stacked, and the front-end | tip parts of these 1st convex part 10a and the 3rd convex part 10c are mutually. There is no misalignment.
[0093]
As described above, the first protrusion 12 and the second protrusion 14 are fitted into the recesses 140 and 184 of the second gripping member 168 and the first gripping member 138, respectively. It is gripped by the member 138 and the second gripping member 168.
[0094]
Next, pressure is again applied to the piston rod 196, and the outer peripheral wall surface of the cylindrical body W2 is pressed by the holding member 204. Thereby, the cylindrical body W2 is pressed from the outer peripheral wall surface side by the holding member 204 and is pressed from the inner peripheral wall surface side by the supporting core 32. In other words, the cylindrical body W2 is sandwiched between the supporting core 32 and the pressing member 204, and this prevents the cylindrical body W2 from being opened and returning to the plate shape.
[0095]
In this state, with the friction stir welding tool 250, the linear contact end face of the cylindrical body W2 is friction stir welded.
[0096]
Prior to friction stir welding, compressed air for cooling is jetted toward the rotating body 252. Specifically, the joint 262 rotates from the position indicated by the phantom line in FIG. 4 under the action of the rotary actuator 260, and as a result, the curved tip of the cooling air ejection pipe 266 faces the rotating body 252. . In this state, compressed air is supplied from a compressed air source (not shown), and the compressed air is ejected toward the rotating body 252 via the air introduction tube 264, the joint 262, and the cooling air ejection pipe 266.
[0097]
Next, after the friction stir welding tool 250 is inserted into the gap 210 between the holding members 204 and the rotating body 252 is urged to rotate, the probe 254 is brought into sliding contact with an arbitrary position of the first projecting portion 12. As the sliding contact occurs, frictional heat is generated, and the contact portion of the probe 254 in the first protrusion 12 is softened, so that the tip of the probe 254 is buried in the first protrusion 12.
[0098]
Next, the friction stir welding tool 250 is moved toward the second protrusion 14 in a state where the rotation urging of the rotating body 252 is continued. At this time, the flesh of the abutted portion of the softened cylindrical body W2 plastically flows as it is stirred by the probe 254, and solid-phase bonding occurs as the probe 254 moves and cools and solidifies. By repeating this phenomenon sequentially, the contact portion of the cylindrical body W2 is integrally solid-phase bonded.
[0099]
Since the lower portion of the base 22 is inclined, the cylindrical body W2 is also inclined with respect to the horizontal direction. For this reason, when the friction stir welding tool 250 moves, the contact area between the cylindrical body W2 and the probe 254 becomes smaller than when the cylindrical body W2 is supported horizontally. For this reason, the load on the probe 254 can be reduced.
[0100]
Further, when the friction stir welding tool 250 moves, the friction stir welding tool 250 gradually moves downward in accordance with the inclination of the cylindrical body W2 under the action of a friction stir welding apparatus (not shown). That is, the probe 254 never leaves the cylindrical body W2.
[0101]
In this case, as described above, the first protrusion 12 and the second protrusion 14 are provided on the cylindrical body W2, and the first protrusion 12 and the second protrusion 14 are connected to the first grip member 138 and the second grip member 168, respectively. Further, the cylindrical body W2 is sandwiched between the supporting core 32 and the pressing member 204. For this reason, it can prevent reliably that cylindrical body W2 opens and returns to plate-like shape, and can perform friction stir welding easily.
[0102]
Moreover, in the 1st protrusion part 12, there is no lamination | stacking of the 1st convex part 10a and the 3rd convex part 10c, and position shift. Of course, also in the 2nd protrusion part 14, there is no lamination | stacking and position shift of the 2nd convex part 10b and the 4th convex part 10d. For this reason, by performing the above-described friction stir welding operation, a wheel rim having a predetermined diameter and length can be reliably and efficiently manufactured. That is, a wheel rim with extremely good dimensional accuracy can be obtained.
[0103]
Furthermore, according to the friction stir welding, it is possible to join the contact points without forming the raised portion, and therefore, no finishing work is required. For this reason, a wheel rim having a good appearance can be efficiently manufactured.
[0104]
While the friction stir welding operation is performed as described above, frictional heat and machining heat are generated in the cylindrical body W2 as the probe 254 is brought into sliding contact with the cylindrical body W2. These heats are transmitted to the support core 32.
[0105]
Here, the cooling water is circulated in the second core member 154 constituting the support core 32 as described above. For this reason, the heat transmitted to the second core member 154 via the first core member 152 is quickly removed by the cooling water. Thus, the supporting core 32 is controlled so as not to exceed a predetermined temperature, for example, 50 ° C. For this reason, since it is suppressed that the temperature of the cylindrical body W2 rises, it can also avoid that a burr | flash generate | occur | produces in this cylindrical body W2 during the friction stir welding.
[0106]
Further, the probe 254 that performs friction stir welding is also cooled by the compressed air ejected from the cooling air ejection pipe 266. Thereby, it is possible to avoid the thermal expansion of the rotating body 252 particularly toward the outer peripheral wall surface of the cylindrical body W2. For this reason, since the burying amount of the probe 254 becomes substantially constant, a product with good dimensional accuracy can be obtained continuously without generating burrs.
[0107]
After the friction stir welding of the cylindrical body W2 is completed, the vertical movement cylinder 194 is energized to lower the piston rod 196, thereby separating the holding member 204 from the cylindrical body W2. Further, the piston rod 180 of the gripping cylinder 178 is retracted to the right in FIG. 5, while the piston rod 90 of the alignment cylinder 88 is advanced to the left in FIG. As a result, the first protrusion 12 is separated from the second gripping member 168 and the second protrusion 14 is separated from the first gripping member 138. Eventually, the cylindrical body W2 having the first protrusion 12 and the second protrusion 14 is released from the friction stir welding jig 20.
[0108]
If the first protrusion 12 and the second protrusion 14 are finally cut and removed after the cylindrical body W2 is detached from the support core 32, a wheel rim with extremely good dimensional accuracy can be obtained.
[0109]
In this way, the inner circumferential wall pressing cylinder 70 eliminates the stacking of the first convex portion 10a and the third convex portion 10c, and the second convex portion 10b and the fourth convex portion 10d, and the alignment cylinder 88 provides the first convex portion 10a. By aligning the first and third protrusions 10c and the second and fourth protrusions 10b and 10d, a wheel rim with extremely good dimensional accuracy can be manufactured easily, simply and efficiently. .
[0110]
While performing this cutting and removing operation, the next cylindrical body W2 is set on the friction stir welding jig 20. The inner peripheral wall surface of the cylindrical body W2 is in contact with the curved upper surface of the first core member 152 constituting the support core 32.
[0111]
As described above, the cooling water is circulated in the second core member 154, and therefore, the temperature of the support core 32 is remarkably suppressed. For this reason, when the cylindrical body W2 to be subsequently subjected to friction stir welding is set on the friction stir welding jig 20, heat is transmitted from the supporting core 32 to the cylindrical body W2, and the temperature of the cylindrical body W2 rises. Can be avoided. Thereby, since it can avoid that the metal structure of the following cylindrical body W2 changes, it can avoid that variation in mechanical characteristics, such as intensity | strength in the wheel rim manufactured continuously, arises. .
[0112]
Thus, by circulating the cooling water inside the supporting core 32 that is in contact with the inner peripheral wall surface of the cylindrical body W2, it is extremely easy to continuously manufacture a wheel rim having no difference in quality.
[0113]
In the present embodiment, the wheel rim is illustrated as an example of the cylindrical body. However, the present invention is not particularly limited to this.
[0114]
The cooling medium is not limited to cooling water, and oil or the like may be used.
[0115]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the cylindrical body is pressed from one end surface side to displace the cylindrical body, and the displacement is terminated when the other end surface contacts the member (alignment board). Yes. For this reason, since the positional deviation between the end faces along the joining direction in the cylindrical body is eliminated, in other words, the position of the end faces along the joining direction of the cylindrical body surely matches, so that the cylinder having excellent dimensional accuracy. The effect that the body can be produced is achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic overall perspective view of a work for a wheel rim having a convex portion at each corner.
FIG. 2 is a schematic overall perspective view of a cylindrical body having a protruding portion formed by curving the workpiece of FIG. 1 and bringing convex portions into contact with each other.
FIG. 3 is an enlarged explanatory view of a main part showing a state in which ends forming projecting portions of the cylindrical body in FIG. 2 are stacked.
FIG. 4 is a schematic perspective view of a main part of a friction stir welding jig according to the present embodiment.
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.
6 is a front view of the friction stir welding jig of FIG. 4;
FIG. 7 is a plan view showing an inner peripheral wall pressing cylinder, a cam and a small rod for pressing an inner peripheral wall of a cylindrical body.
FIG. 8 is a plan view showing an alignment cylinder and a large rod for gripping the protruding portion of the cylindrical body and aligning the end face of the cylindrical body.
9 is a plan view of the friction stir welding jig of FIG. 4. FIG.
10 is a cross-sectional view taken along line XX of FIG.
11 is an enlarged explanatory view of a main part showing a state in which the end portions forming the protruding portion of the cylindrical body in FIG. 2 are displaced from each other. FIG.
[Explanation of symbols]
10a to 10d ... convex part 12, 14 ... projecting part
20 ... Friction stir welding jig 22 ... Base
24 ... Columnar member
26, 28 ... Support natural lock cylinder
30 ... Support 32 ... Supporting core
40: Stopper member 42 ... Rail
48 ... Displacement cylinder 50 ... Piston rod
58, 60 ... support rod 62, 64 ... hole for insertion
66 ... Cam insertion part 70 ... Inner peripheral wall pressing cylinder
72 ... Piston rod 74 ... Cam
78a to 78c ... small rod 80a to 80c ... engagement groove
82a-82c ... projection part 86 ... pressing member
88 ... Aligning cylinder 90 ... Piston rod
92 ... Floating rod 98, 100 ... Large rod
106: Connecting member 118 ... Mounting connecting member
128a, 128b ... coil spring
138, 168 ... gripping member 140, 184 ... concave portion
142: pressing member for alignment 146: cooling water inlet passage
148 ... Cooling water outlet passage 150, 172 ... Air passage
152, 154 ... Core member 156 ... Insertion groove
158, 160, 162, 164 ... passage
174 ... Air outlet 178 ... Gripping cylinder
180 ... Piston rod 182 ... Pressing disc
186, 188 ... Alignment board 190a, 190b ... Holding means
194 ... Vertical movement cylinder 196 ... Piston rod
204 ... Pressing member 210 ... Gap
250: Friction stir welding tool 252: Rotating body
254 ... Probe W1 ... Workpiece
W2 ... Cylinder

Claims (3)

隅角部に凸部を有する板材の端面同士が当接されることによって形成された円筒体の前記端面同士を摩擦撹拌接合する際に使用される摩擦撹拌接合用治具であって、
基台と、
前記基台に設けられた第1支持手段および第2支持手段と、
前記第1支持手段および第2支持手段を介して前記基台から離間するとともに、前記円筒体の内部に挿入されて該円筒体を支持する支持用中子と、
前記支持用中子上に配設されるとともに、前記円筒体における当接箇所の両端部に、前記凸部同士が当接することに伴って形成されて接合方向に沿って延在する各突出部をそれぞれ把持する第1把持部材および第2把持部材と、
前記円筒体の一端面に当接するとともに、前記円筒体の当接箇所を挟んで配設された2個の整列盤と、
前記円筒体の一端面が前記整列盤に当接するまで前記円筒体を他端面側から押圧して変位させるシリンダを具備する整列手段と、
を有することを特徴とする摩擦撹拌接合用治具。
A friction stir welding jig used for friction stir welding of the end surfaces of a cylindrical body formed by contacting end surfaces of plate members having convex portions at corners,
The base,
First support means and second support means provided on the base;
A support core that is spaced apart from the base via the first support means and the second support means, and is inserted into the cylindrical body to support the cylindrical body;
Projections that are arranged on the support core and that extend along the joining direction as the projections abut at both ends of the abutting portion of the cylindrical body. A first gripping member and a second gripping member that respectively grip
Two alignment plates that are in contact with one end surface of the cylindrical body and are disposed across the contact portion of the cylindrical body;
Alignment means comprising a cylinder for pressing and displacing the cylindrical body from the other end surface side until one end surface of the cylindrical body abuts on the alignment board;
A friction stir welding jig characterized by comprising:
請求項1記載の治具において、前記第1把持部材または前記第2把持部材のいずれか一方は、前記シリンダによって変位されることを特徴とする摩擦撹拌接合用治具。2. The friction stir welding jig according to claim 1, wherein either the first gripping member or the second gripping member is displaced by the cylinder. 3. 請求項2記載の治具において、前記第1把持部材または前記第2把持部材は、前記円筒体の変位が終了した後に変位して前記円筒体の前記突出部に嵌合することを特徴とする摩擦撹拌接合用治具。3. The jig according to claim 2, wherein the first gripping member or the second gripping member is displaced after the displacement of the cylindrical body is finished and is fitted to the protruding portion of the cylindrical body. Friction stir welding jig.
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