JP4326214B2 - ボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置とその接合方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両、航空機、船舶、建物等の構造体を製造する際に用いるシングルスキンやダブルスキンパネル(二面中空パネル)同士を接合する摩擦攪拌接合装置とその製造方法に係り、特にボビンツールを用いた摩擦攪拌接合装置とその接合方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば特表平7−505090号公報(特許文献1)には、摩擦攪拌による固相接合方法として長尺材同士の新規な接合方法が開示されており、かかる接合方法は、加工物より実質的に硬い材質からなる回転ツ−ルを加工物の溶接部に挿入し、回転ツ−ルを回転させながら移動することにより、回転ツ−ルと加工物との間に生じる摩擦熱による塑性流動によって加工物を接合する接合方法で、かかる摩擦溶接法は、溶接部材を固相状態で、回転ツ−ルを回転させながら移動させつつ軟化させた固相部分を一体化しながら接合できるために、熱歪みがなく溶接方向に対して実質的に無限に長い長尺材でもその長手方向に連続的に固相接合できる利点がある。さらに、回転ツ−ルと溶接部材との摩擦熱による金属の塑性流動を利用した固相接合のため、接合部を溶融させることなく接合できる。また、加熱温度が低いため、接合後の変形が少ない。接合部は溶融されないため、欠陥が少ない、などの多くの利点がある。
【0003】
次に摩擦撹拌接合に使用される回転工具について説明する。摩擦撹拌接合は前記特許文献1に開示されているように、ブローブ型とボビンツール型の回転工具が存在し、プローブ型工具は、ショルダ部で母材表面より摩擦熱を付与しながら、母材に侵入させたプローブ軸の機械的攪拌により、プローブ軸周囲が塑性流動化し、この状態で回転工具を接合線に沿って移動させることにより、接合線周囲が塑性流動しつつ接合線に沿って2つの素材が圧力を受けながら撹拌混練され、プローブの後方側に移行する。この結果塑性流動した素材は後方側で摩擦熱を失って急速に冷却固化するので両パネル板は素材同士が混じり合って完全に一体化した状態で接合されるものであるが、かかる接合方法では接合時に摩擦熱を発生させるために、回転工具を接合線側に押しつける必要があり、従ってこの反力に対処するために、裏当金が使用されている。この裏当金は被加工物の面板の裏面に密着させて設置するものであり、大きな加圧力を必要とする。
【0004】
かかる欠点を解消するために、図6に示すように、ボビンツール1と呼ばれる回転工具が提案されている。
かかる工具は図6に示すように接合する金属板の表裏両面を挟持するように一定間隔を設けた一対のショルダ10、11が設けられているとともに、該上下一対のショルダ10、11間に攪拌軸12が設けられているので、接合面の両面において摩擦発熱させることが出来、裏面側の融合不良が生じないのみならず、上下一対のショルダ10、11間で互いの反力を受けているために、裏当金が不要になる。
【0005】
そしてこのようなボビンツールを用いた先行技術は種々存在し、例えば特開2002−263863号公報(特許文献2)において、バリや内部欠陥などが生じにくい接合部を容易に形成できる摩擦攪拌接合用ツールが提案されており、かかる技術は図7に示すように、円柱状のツール本体40と、このツール本体40の底面の中心付近から垂下する攪拌ピン42と、この攪拌ピン42の先端に配置される裏当て部41と、を備え、上記ツール本体40の底面および上記裏当て部41における上記ツール本体40の底面と対向する上面には、その周縁と上記攪拌ピン42との間に渦巻き形凸条43がそれぞれ配置されていると共に、上記ツール本体40の底面には、リング状凸部44が形成されているものである。
そしてかかる装置によれば、ツール本体および裏当て部の渦巻き形凸条43が、被接合部材間に攪拌ピンと共に挿入され且つ攪拌ピン42の近傍に押込み力が付加されるので、被接合部材間の接合部に内部欠陥が生じるのを防止できる。
【0006】
しかしながらかかる従来技術は、母材上面若しくは下面よりの摩擦入熱は渦巻き状凸条43によって増加するために、バリ取りには優れているが、攪拌ピン42の軸が母材表面に対し、垂直であるために、ピン軸周囲に位置する攪拌領域が必然的に小さく、接合ギャップ(隙間)が斜めになっていたり、鍵型になっていた場合に従来のボビンツールでは、その全域を攪拌して接合することが出来なかった
更に、ボビンツール10を用いて接合部を接合する際、その接合部に挿入する攪拌軸にねじを位置させて摩擦攪拌接合を行う技術も特開2002−86281号公報(特許文献3)に開示されているが、かかる技術もねじの部分だけ攪拌量が増大するのみで、特段に攪拌幅が増えるわけではない。
【0007】
【特許文献1】
特表平7−505090号公報
【特許文献2】
特開2002−263863号公報
【特許文献3】
特開2002−86281号公報
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はかかる従来技術の欠点に鑑み、母材をボビンツールを用いて摩擦攪拌接合する際に母材の接合部位の形状や母材内部の状態にあわせて母材の攪拌領域を任意の領域に拡大し得、これにより接合部位の形状に合わせて該摩擦攪拌接合の柔軟性と円滑化を計ることのできる摩擦撹拌接合装置とその接合方法を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明は、下側円筒ショルダと上側円筒ショルダを備え、該ショルダ間が固定の母材攪拌軸により連結若しくは対峙されてなるボビンツールを有する摩擦攪拌接合装置において、
前記下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとの間の心軸上に位置する攪拌軸の回転駆動軸線に対し、前記母材攪拌軸の軸線が前記回転駆動軸線から半径方向に遠ざかるように、該母材攪拌軸の軸線を傾斜、折曲若しくは湾曲させて構成され、該母材攪拌軸の回転運動が、下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとにより攪拌軸に攪拌される母材の表裏両面側を面規制させた状態で、母材接合中心垂直線に沿って形成された回転駆動軸線を中心として周回する公転運動をなすように構成したことを特徴とする。
【0010】
そしてかかる発明を実施する方法発明として、下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとの間の母材接合部を挟んでその上側円筒ショルダ側と下側円筒ショルダ側より夫々摩擦入熱を加えてその接合部の塑性流動により接合を行う摩擦攪拌接合方法において、
前記下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとの間の心軸上に位置する母材攪拌軸の回転駆動軸線に対し、前記母材攪拌軸の軸線が前記回転駆動軸線から半径方向に遠ざかるように、該母材攪拌軸の軸線を傾斜、折曲若しくは湾曲させて構成されてなり、前記上側円筒ショルダ側よりの接合部への摩擦入熱と前記下側円筒ショルダ側よりへの摩擦入熱とともに、該入熱された接合部位が、下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとにより攪拌軸に攪拌される母材の表裏両面側を面規制させた状態で、前記回転駆動軸線を中心とする母材攪拌軸の公転運動により、機械攪拌されることを特徴とする。
【0011】
本発明を具体的に説明する。
摩擦攪拌接合を行う場合に、母材間の接合ギャップは、必ずしも母材表面に対し垂直ではなく、図1〜図3に示すように接合ギャップが傾斜若しくは屈曲していたり、鍵形状若しくは矩形状になっている場合がある。
このような場合に攪拌軸が公転運動をする基準中心(太陽の位置)はあくまでも駆動軸(回転工具に回転駆動力を付与する機械主軸若しくはチャック部)の中心、即ち前記両円筒ショルダの心軸上に位置する母材接合中心垂直線である。
このように構成することにより、公転運動の中心となるのは駆動軸線Cであって従って前記母材攪拌軸の軸線が変位させて配設されている場合であっても、回転トルクが非対称になることなく、正規の回転運動で回転できる。
従ってかかる発明によれば、従来技術のように攪拌領域が駆動軸と一致する母材接合中心垂直線周囲に限定されることなく、図1〜図3に示すように接合ギャップが傾斜していたり、鍵形状若しくは矩形状になっている場合においてもその接合領域のほとんどカバーするように公転運動によって攪拌領域を設定でき、確実な内部攪拌と接合面積が広がり強固で且つ確実な攪拌接合が可能となる。
【0012】
更に本発明は、前記攪拌軸を含む回転工具に回転駆動力を付与する機械主軸若しくはチャック部(以下駆動軸という)が母材接合垂直線に沿って形成されており、該駆動軸直径は母材攪拌軸公転軌跡の最大直径より大に構成したことを特徴とする。
【0013】
すなわち、回転駆動時に、駆動軸にかかるせん断応力(ねじれトルクも含む)は(r/k)2 の変数であるために、駆動軸直径kが公転軌跡の最大直径rより小さい場合はせん断応力(ねじれトルクも含む)が無用に増加し、駆動軸の破断やクラックの発生につながるが、駆動軸直径kが公転軌跡の最大直径rより大きい場合は負荷側である公転軌跡にかかるせん断応力(ねじれトルクも含む)は駆動軸トルクより大きくなることはなく、摩擦攪拌接合のような粘性の高い塑性流動によっても駆動軸の破断やクラックの発生が生じることがないとともに、回転変動の抑制につながり、一層均一な塑性流動が可能となり、接合品質の向上にもつながる。
【0014】
又ブローブ型の工具の場合は、母材表面側を面規制する片面母材面規制であるために、攪拌軸が非対称の状態で公転運動を行うと、攪拌軸側の回転負荷変動によりショルダ面が母材表面から浮き上がるようにばたついてしまうが、本発明は、前記母材表裏両面を摺動する下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとにより母材表裏両面側を面規制させた状態で、母材攪拌軸の公転運動を行うために、このようなばたつきを防止でき、円滑に攪拌軸が上下両面規制された状態で、公転運動による母材攪拌を行うことが出来る。
【0015】
そしてこのように公転運動をさせる場合は例えば、母材の攪拌性を向上させた部位と対応する攪拌軸の部位が、回転駆動軸線から半径方向に遠ざかるように攪拌軸を傾斜、折曲若しくは湾曲させて構成する。即ち言い換えれば、前記母材攪拌軸が、母材の攪拌性を向上させた部位と対応させて母材接合中心垂直線に沿う回転駆動軸線より遠ざかる方向に傾斜、折曲若しくは湾曲させていることを特徴とする。
【0016】
かかる構成によれば単なる攪拌軸の機械的形状変化により広範囲にわたる攪拌領域を設定でき、確実な内部攪拌と接合面積が広がり、強固で且つ確実な攪拌接合が可能となる。
【0017】
更に本発明は、前記母材攪拌軸を傾斜、折曲若しくは湾曲させてなる軸線が、母材接合中心垂直線若しくは駆動軸線と交差して配設されていることを特徴とする。
【0018】
かかる発明によれば、例え回転駆動軸が非対称であっても回転駆動軸の両側に攪拌軸の公転部位が位置しているために、せん断応力(ねじれトルクも含む)を左右両側でうち消す方向に働きその分軸破断の恐れを防止できるとともに、回転変動の抑制につながる。
【0019】
しかしながら、例えば母材がアルミの場合に400〜570℃前後の軟化(餅のような)状態での温度域で、攪拌軸が回転してくれれば本発明の効果は極めて優れた効果を達成するが、実際の摩擦攪拌接合は一般的に、摩擦入熱を加える前記下側/上側円筒ショルダと攪拌軸が同期して回転するものであるために、言い換えれば400℃以下の未だ固体状態にある接合区域を軸回転ではなく、公転運動をさせねばならない。このことは攪拌軸に強い衝撃荷重や大きなせん断トルクを加えることになる。
【0020】
そこで本発明の好ましい実施例によれば、前記下側円筒ショルダ若しくは前記上側円筒ショルダの少なくとも1つにヒータを内蔵するか若しくは接合移動線の前方に予熱手段が内蔵されていることを特徴とし、言い換えれば摩擦攪拌接合方法において、前記摩擦攪拌部位が前もって予熱若しくは摩擦付与熱と別異の熱エネルギにより加熱されている状態で攪拌されていることを特徴とする。
【0021】
かかる発明によれば、前記裏面側若しくは表面側を塑性流動可能な温度域に達するまでの間に摩擦熱以外の熱付与手段で予熱することにより攪拌軸を軸回転ではなく駆動軸を中心として周回するような公転運動をさせても攪拌軸に強い衝撃荷重やせん断トルクを加えることなく、円滑に摩擦攪拌接合を行うことができる。
勿論これらを組み合わせて前記塑性流動可能な温度域に達するまでの間に摩擦入熱と摩擦熱以外の熱付与手段の両者で予熱した後、軟化温度域までの立ち上げを早くしてもよい。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【0023】
図1は本発明の第1実施例にかかる摩擦接合装置のボビンツール部の具体的構成を示し、図中4は接合されるワーク(母材)で、例えばシングルスキンパネル同士を突き合わせて接合する構成をとっている。
母材4の自由端2の接合部は図1(B)に示すようにL字型となっており、このため接合部21は矩形状に嵌合している。このように構成するのは接合面が垂直面の場合に比較して接合ギャップを少なくすることと、表裏両面側に接合部の矩形部21A、21Bで位置規制されるために、母材4同士の上下の面一が容易に出るためである。
【0024】
しかしながらこのような嵌合構成をとると、上側の接合線21A、21Bに対し、下側接合線が左右にずれてしまい、攪拌軸が垂直の軸回転では上下のすべての接合部21領域をカバーできるだけの攪拌領域を得ることが出来ない。
そこで図1(A)に示すように、攪拌軸12Aを下側に拡径したテーパ状の攪拌領域3を得るために、上側円筒ショルダ10の下面軸心位置(回転駆動軸線と一致)より斜めに傾斜させて(所定角度で)延在させ下側円筒ショルダ11の軸心から外れた上面に連設している。そしてその傾斜角度はテーパ状攪拌領域3にあわせて所定角度傾斜して設定している。
【0025】
そしてかかるボビンツ−ル型の回転工具1はシャンク部13によりチャッキングされ、該シャンク部13は更に機械主軸14に上部テーパシャンク部を連結して一体的に主軸14に挟持され、該回転工具1に回転駆動力を付与する主軸14若しくはチャック部の直径kは母材攪拌軸12Aの公転軌跡の最大直径rより大に構成する。
【0026】
かかる構成によれば、主軸14の駆動軸線C/Cと母材4の上側接合線21Aを合致させた状態で、主軸14を回転させて接合を行うことにより、前記母材4表裏両面を摺動する上側円筒ショルダ10と下側円筒ショルダ11とにより母材4表裏両面側を面規制させた状態で、言い換えれば攪拌軸12Aの上下両面規制された状態で、公転運動による母材4の攪拌を行うことが出来、この結果攪拌軸12Aが駆動軸線Cを中心として下広がりのテーパ状に公転運動をしてテーパ状攪拌領域3が形成され、上下のL型接合線21A、21Bを含むすべての領域が確実に接合される。
【0027】
図2は本発明の第1実施例にかかる摩擦接合装置のボビンツール部の具体的構成を示し、図中4は接合されるワーク(母材)で、例えばシングルスキンパネル同士を突き合わせて接合する構成をとっている。
母材4の自由端の接合部22は図2(B)に示すようにその中段位置22Bの垂直線が回転駆動軸線C/C上に一致する階段状型となっており、このため接合部位22A/22B/22Cは2段階の矩形状に嵌合しているが、このような嵌合構成をとると、中段の接合線22Bに対し、下側と上側の夫々の接合線22A、22Cが左右にずれてしまい、攪拌軸が垂直の軸回転では上中下のすべての領域をカバーできるだけの攪拌領域を得ることが出来ない。
【0028】
そこで図2(A)に示すように、上側と下側に夫々拡径した鼓状の攪拌領域3を得るために、攪拌軸12Bの中央位置の中心を駆動軸線C/C(ショルダ中心線)にあわせて、その位置より「く」の字状に折り曲げて上側円筒ショルダ10の下面右側と下側円筒ショルダ11上面右側の夫々斜めに傾斜させて延在させて軸心から外れた面に連設している。そしてその傾斜角度は鼓状攪拌領域3にあわせて所定角度傾斜して設定している。
【0029】
そしてかかるボビンツ−ル型の回転工具1はシャンク部13によりチャッキングされ、該シャンク部13は更に機械主軸14に上部テーパシャンク部を連結して一体的に主軸2に挟持され、該回転工具1に回転駆動力を付与する主軸14若しくはチャック部の直径kは母材攪拌軸12Bの公転軌跡の最大直径rより大に構成する。
【0030】
そしてかかる構成によれば、主軸の駆動軸線C/Cと中段接合線22Bを合致させた状態で、主軸14を回転させて接合を行うことにより、上側円筒ショルダ10下側円筒ショルダ11とにより攪拌軸12Bの上下両面が規制された状態で、公転運動による母材攪拌を行うことが出来、この結果攪拌軸12Bが駆動軸線C/Cを中心として上下下広がりの鼓状に公転運動をして鼓状攪拌領域3が形成され、中段22Bより上下の左右にずれた接合線22A、22Cを含むすべての領域が確実に接合される。
【0031】
図3は本発明の第3実施例にかかる摩擦接合装置のボビンツール部の具体的構成を示し、図中4は接合されるワーク(母材)で、例えばシングルスキンパネル同士を突き合わせて接合する構成をとっている点は前記実施例と同様である。
母材4の自由端の接合部23は図3(B)に示すようにその母材4中央位置が回転駆動軸線C/C上から最も遠ざかるように「く」形状に凹凸嵌合した構造となっており、このような嵌合構成をとると、前記2つの実施例と同様に上下の面一での位置あわせが容易になるとともに、嵌合部が楔状(くの字状)であるために、2つのパネル同士を面板方向に接近するだけで、簡単に面一状態での接合が容易である。
【0032】
そこで図3(A)に示すように、上側と下側より中央側に膨出させた球状の攪拌領域3を得るために、攪拌軸12Cの軸線に上側円筒ショルダ10の下面中心と下側円筒ショルダ11下面中心をあわせて、且つ該攪拌軸12C中央位置の中心を駆動軸線C/Cより最も遠ざかる方向に「く」の字状に折り曲げた折曲攪拌軸12Cを設けて、その傾斜角度は球状攪拌領域にあわせて所定角度傾斜して設定している。
そして、該回転工具1に回転駆動力を付与する主軸14若しくはチャック部の直径kは母材攪拌軸12Cの公転軌跡の最大直径rより大に構成する。
【0033】
かかる構成によれば、主軸14の駆動軸線と、下側円筒ショルダ11と上側円筒ショルダ10中心線を合致させた状態で、主軸14を回転させて接合を行うことにより、下側円筒ショルダ11と上側円筒ショルダ10とにより攪拌軸12Cの上下両面が規制された状態で、公転運動による母材攪拌を行うことが出来、この結果攪拌軸12Cが駆動軸線を中心として中央に広がりの球状に公転運動をして球状攪拌領域が形成され、中段より上下の左右にずれた接合線を含むすべての領域が確実に接合される。
【0034】
さて、本実施例によれば、前記したように、例えば母材がアルミの場合に400〜570℃前後の軟化(餅のような)状態での温度域で、攪拌軸12A〜12Cが回転してくれれば本発明の効果は極めて優れた効果を達成するが、実際の摩擦攪拌接合は一般的に、摩擦入熱を加える前記下側/上側円筒ショルダ10、11と攪拌軸12A〜12Cが同期して回転するものであるために、言い換えれば常温の固体状態にある接合区域を軸回転ではなく、公転運動をさせねばならない。このことは攪拌軸に強い衝撃荷重や大きなせん断トルクを加えることになる。
【0035】
そこで本実施例によれば、前記接合移動線の前方に予熱手段を配設して前記課題の解決を図っている。
図4は接合線上の前方位置で母材上下に配した高周波誘導加熱装置31と前記摩擦攪拌接合による接合後、該接合位置後方の熱的影響残存位置を冷却する後冷却段32を備えた本発明の実施構成図である。
【0036】
予備加熱装置31は上下に設けた一対の円盤31a間に磁束棒31bを配設し、その周囲にコイル31cを巻回して高周波加熱コイルを生成する。
高周波誘導加熱は、母材4に磁束が貫通し、電磁誘導により渦電流がながれ、その電流と金属自身の抵抗によりジュール熱が発生し、その温度は300℃以上に急速加熱され、従って熱温度と範囲は、その磁界の強さ及び交番周期、即ち出力/周波数によって容易に制御可能であり、しかも自己加熱であるために、急速加熱が可能でしかも制御性がよい。従ってアルミの軟化点温度以下200〜400℃、好ましくは300〜400℃の温度に制御でき、結果として高周波加熱後の軟化状態に近い温度域で摩擦攪拌接合が出来、公転運動の攪拌軸に強い衝撃荷重や大きなせん断トルクを加えることなく回転工具1の寿命を長くすることができる。
【0037】
又前記回転工具のショルダ10、11の外周には直流端子33aがショルダの周面に摺動するごとく位置固定され、制御装置35により制御された直流電源33が印加されるように構成されている。この結果直流電源33の電圧印加により、攪拌軸12A〜12Cが変形抵抗となって電気接触抵抗による塑性流動が促進される。
そしてこの抵抗加熱の温度は制御装置35より接合位置直前温度T2及び直後の温度T1を取り込んで接合位置の温度が、軟化最適温度450〜560℃、好ましくは460〜480℃の温度になるように直流電圧を制御でき、これにより前記攪拌軸12A〜12Cの公転運動とともに、電気接触抵抗による塑性流動化が促進され回転工具1の寿命を長くすることができる。
【0038】
更に本実施例では、前記摩擦攪拌接合による接合後、該接合位置後方の熱的影響残存位置を冷却する冷却装置32を設ける。
これにより攪拌接合された部分の冷却固化が速やかに行われ、熱変形や残留応力の発生がない良好な接合状態の接合品が得られる。
又前記冷却装置32は、冷媒が循環する円筒状冷却体を用いてもよく、又冷却した非酸化性ガスを前記被加工物表面に噴射させるようにしてもよく、更に、前記液体冷媒噴射手段を用いてもよく、更には潜熱冷却手段を用いてもよく、いずれも接合位置直後の温度T1を取り込んだ制御装置5よりの信号にもとづいて冷媒制御回路34で冷媒量の制御が行われる。
これにより、接合位置、その接合方向後方の温度検知信号、接合速度、若しくは接合距離に応じて冷媒の潤滑量を制御することで、接合部は熱変形や残留応力の発生がなく、熱歪みの小さく良好な接合状態の接合品が得られる。
【0039】
図5は、接合位置上の摩擦攪拌熱以外の加熱手段と、前記摩擦攪拌接合による接合後、該接合位置後方の熱的影響残存位置を冷却する手段を備え、これらの制御を行う本発明の第2制御構成図である。
本実施例は、図1〜3に示した回転工具1内に加熱手段、本実施例では、上側と下側のショルダ10、11にヒータ80を内蔵して接合位置直前の温度検知センサT2よりの信号を取り込んで、接合位置直前の温度が軟化点より相当低い場合は、ヒータ制御回路38にてヒータ80に通電して加熱制御を行っている。接合位置直前の温度検知センサT2信号に応じて前記ヒータ80の電圧を制御回路38で制御しての加熱量を制御することにより、回転工具1が200〜400℃で回転させて、攪拌軸12A〜12Cを軸回転ではなく主軸14(図1〜図3)を中心として周回するような公転運動をさせても攪拌軸に強い衝撃荷重やせん断トルクを加えることなく、円滑に摩擦攪拌接合を行うことができる。
勿論これらを組み合わせて前記塑性流動可能な温度域に達するまでの間に摩擦入熱と摩擦熱以外の熱付与手段の両者で予熱した後、軟化温度域までの立ち上げを早くしてもよい。
【0040】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、母材をボビンツールを用いて摩擦攪拌接合する際に母材の接合部位の形状や母材内部の状態にあわせて母材の攪拌領域を任意の領域に拡大し得、これにより接合部位の形状に合わせて該摩擦攪拌接合の柔軟性と円滑化を計ることができる。
特に車両、航空機、船舶建物等の大型構造体を製造する際の側構体、床構体、屋根構体等の広幅パネル体の製造に用いるスキンパネル同士をボビンツールを用いて摩擦攪拌接合する際に接合部が確実に接合され、接合ギャップに接合漏れのないしかもその接合部の表面が平坦な平面状の接合面を得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例にかかる摩擦接合装置のボビンツール部の具体的構成を示し、(A)はボビンツールを、(B)は母材接合部と攪拌領域を示す。
【図2】 本発明の第2実施例にかかる摩擦接合装置のボビンツール部の具体的構成を示し、(A)はボビンツールを、(B)は母材接合部と攪拌領域を示す。
【図3】 本発明の第1実施例にかかる摩擦接合装置のボビンツール部の具体的構成を示し、(A)はボビンツールを、(B)は母材接合部と攪拌領域を示す。
【図4】 本発明の実施例に係るボビンツールを用いて接合線上の前方位置で高周波誘導加熱等の自己加熱による入熱手段であり、接合位置上で回転工具小径部より母材側に印加される電気抵抗加熱及び前記摩擦攪拌接合による接合後、該接合位置後方の熱的影響残存位置を冷却する手段を含む本発明の制御構成図である。
【図5】 本発明の実施例に係るボビンツールを用いて接合位置上の摩擦攪拌熱以外の加熱手段と、前記摩擦攪拌接合による接合後、該接合位置後方の熱的影響残存位置を冷却する手段を含み、これらの制御を行う本発明の第2制御構成図である。表裏両面側の押し付け力若しくはショルダの回転速度を独立して制御可能に構成した摩擦攪拌接合装置の第3例を示す全体概略図である。
【図6】 従来技術に係る摩擦撹拌接合のボビンツールの基本構成図である。
【図7】 他の従来技術に係るボビンツールの構成図である。
【符号の説明】
11 ボビンツール
11 下側円筒ショルダ
10 上側円筒ショルダ
12A、12B、12C 攪拌軸
13、14 回転駆動部
Claims (8)
- 下側円筒ショルダと上側円筒ショルダを備え、該ショルダ間が固定の母材攪拌軸により連結若しくは対峙されてなるボビンツールを有する摩擦攪拌接合装置において、
前記下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとの間の心軸上に位置する攪拌軸の回転駆動軸線に対し、前記母材攪拌軸の軸線が前記回転駆動軸線から半径方向に遠ざかるように、該母材攪拌軸の軸線を傾斜、折曲若しくは湾曲させて構成され、該母材攪拌軸の回転運動が、下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとにより攪拌軸に攪拌される母材の表裏両面側を面規制させた状態で、母材接合中心垂直線に沿って形成された回転駆動軸線を中心として周回する公転運動をなすように構成したことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 請求項1記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記攪拌軸を含む回転工具に回転駆動力を付与する機械主軸若しくはチャック部(以下回転駆動軸という)が母材接合垂直線に沿って形成されており、該駆動軸直径は母材攪拌軸公転軌跡の最大直径より大に構成したことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 請求項1若しくは2記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記母材攪拌軸が、前記回転駆動軸線より遠ざかる方向に傾斜、折曲若しくは湾曲させていることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 請求項3記載の摩擦攪拌接合装置において、
前記母材攪拌軸を傾斜、折曲若しくは湾曲させてなる軸線が、回転駆動軸線と交差して配設されていることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 前記下側円筒ショルダ若しくは前記上側円筒ショルダの少なくとも1つにヒータを内蔵するか若しくは接合移動線の前方に予熱手段が内蔵されていることを特徴とする請求項1記載の摩擦攪拌接合装置。
- 下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとの間の母材接合部を挟んでその上側円筒ショルダ側と下側円筒ショルダ側より夫々摩擦入熱を加えてその接合部の塑性流動により接合を行う摩擦攪拌接合方法において、
前記下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとの間の心軸上に位置する母材攪拌軸の回転駆動軸線に対し、前記母材攪拌軸の軸線が前記回転駆動軸線から半径方向に遠ざかるように、該母材攪拌軸の軸線を傾斜、折曲若しくは湾曲させて構成されてなり、前記上側円筒ショルダ側よりの接合部への摩擦入熱と前記下側円筒ショルダ側よりのへの摩擦入熱とともに、該入熱された接合部位が、下側円筒ショルダと上側円筒ショルダとにより攪拌軸に攪拌される母材の表裏両面側を面規制させた状態で、前記回転駆動軸線を中心とする母材攪拌軸の公転運動により、機械攪拌されることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 前記母材攪拌軸の公転運動により、機械攪拌される接合部位が前もって予熱若しくは摩擦付与熱と別異の熱エネルギにより加熱されている状態で攪拌されていることを特徴とする請求項6記載の摩擦攪拌接合方法。
- 請求項6又は7記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記裏面側若しくは表面側を塑性流動可能な温度域に達するまでの間に摩擦熱以外の熱付与手段で予熱して接合を行うことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
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