JP4427368B2 - 摩擦撹拌接合方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダスリーブ等の円弧状湾曲部の肉を塑性流動させて別部材に接合する摩擦撹拌接合方法及びその装置に関する。

図８に示されるクローズドデッキ型シリンダブロック１は、ウォータジャケット部２のガスケット面３側が閉塞されているために剛性が高く、自動車等の内燃機関を構成するシリンダブロックとして広汎に知られている。

この種のクローズドデッキ型シリンダブロック１は、通常、以下のようにして作製されている。すなわち、先ず、鋳造用金型でキャビティを形成し、崩壊性中子や、いわゆるＦＣスリーブ、メッキスリーブ、ＭＭＣスリーブ、ハイシリコン系アルミニウム製スリーブ等、耐摩耗性に優れるシリンダスリーブ４を該キャビティに配置する。そして、アルミニウム溶湯をキャビティに注湯し、該溶湯で崩壊性中子やシリンダスリーブ４等を囲繞する。

次に、溶湯を冷却固化することによってブロック本体５を設ける。この冷却固化に伴って、シリンダスリーブ４がブロック本体５に鋳包まれる。すなわち、穴部（シリンダボア）６にシリンダスリーブ４が配置されたシリンダブロック１が形成される。

その後、前記崩壊性中子を崩壊させる。この崩壊によって出現した中空部は、前記ウォータジャケット部２として使用される。図８から諒解されるように、ウォータジャケット部２は、ブロック本体５におけるシリンダボア６間の肉壁部を切り欠くような形態で設けられる。

ところで、近年、地球温暖化を防止する観点から、燃料の使用量を低減すること、換言すれば、自動車等の燃費を向上させることが希求されている。その方策として、内燃機関等を軽量化することにより、最終製品である自動車を軽量化することが提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特開昭５９−３１４２号公報 特開昭５８−７４８５０号公報 特開昭５９−７９０５６号公報 特開昭６０−９４２３０号公報

クローズドデッキ型シリンダブロック１を軽量化するためには、例えば、シリンダボア６同士の間にウォータジャケット部２を設けることに代替し、ブロック本体５とシリンダスリーブ４との間にクリアランスを設け、該クリアランスをウォータジャケット部２として機能させることが想起される。これにより、ブロック本体５の体積が小さくなるからである。

これを達成するためには、ブロック本体５を鋳造成形した後、該ブロック本体５のシリンダボア６にシリンダスリーブ４を挿入し、両部材４、５を溶接すればよいとも考えられる。しかしながら、この場合、溶接時の熱によってブロック本体５ないしシリンダスリーブ４に歪が生じることがある。また、ブロック本体５が高圧鋳造（ＨＰＤＣ）によって作製されたものであると、シリンダスリーブ４を溶接すること自体が困難である。

そこで、ブロック本体５とシリンダスリーブ４とを摩擦撹拌接合によって接合することも考えられる。一般的な摩擦撹拌接合では、スピンドルに連結されて回転付勢された摩擦撹拌接合用工具のプローブがワークに押圧される。押圧されたプローブは、ワークに埋没した後に変位される。すなわち、スピンドルの軸方向と、プローブの押圧方向とが一致する。

しかしながら、シリンダスリーブ４の外周壁面とシリンダボア６の内周壁面とを接合するべくシリンダボア６に摩擦撹拌接合用工具を挿入した場合、摩擦撹拌接合用工具は、長尺であるためにシリンダボア６の開口付近でブロック本体５に干渉する。従って、該摩擦撹拌接合用工具を水平にすることが困難である。

そこで、摩擦撹拌接合用工具をシリンダボア６に挿入するべく、スピンドルに連結される第１回転体と、この第１回転体に連結されて前記スピンドルの軸方向に対して直交する方向に延在し、且つ第１回転体が回転付勢されることに追従して回転する第２回転体とを設け、この第２回転体にプローブを設けて摩擦撹拌接合用工具を構成することが想起される。

しかしながら、この場合、プローブの押圧方向は、スピンドルの軸方向に対して直交する方向である。すなわち、スピンドルの軸方向とプローブの押圧方向とが一致しない。このため、シリンダスリーブ４の外周壁面とシリンダボア６の内周壁面とを摩擦撹拌接合用装置のプローブでシリンダスリーブ４の内周壁面側から押圧する際、該プローブがシリンダスリーブ４の内周壁面から反作用力を受けることによって、該プローブがシリンダスリーブ４から離間する方向に若干変位することがある。このような変位が起こる結果、図９に示すように摩擦撹拌接合用装置に正又は負のたわみが生じ、このためにシリンダスリーブ４の内周壁面に対する押圧力を一定に保つことが容易でなくなる。このような状態で摩擦撹拌接合を続行すると、接合ムラが生じてしまうことが懸念される。

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、接合ムラが生じる懸念を払拭し、摩擦撹拌接合された円弧状湾曲部の品質が略同等である製品を得ることが可能な摩擦撹拌接合方法及びその装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、第１回転軸と、前記第１回転軸の長手方向に対して垂直に交わる方向に延在するとともに前記第１回転軸が回転付勢されることに伴って回転動作する第２回転軸と、前記第２回転軸の先端部に設けられたプローブとを有する摩擦撹拌接合用装置を使用し、前記プローブを、円弧状湾曲部を有するワークの前記円弧状湾曲部の内壁面に埋没及び回転動作させることによって前記円弧状湾曲部の肉を塑性流動させる摩擦撹拌接合方法であって、
前記塑性流動が行われる間、前記プローブが前記内壁面を押圧する押圧力を一定に維持することを特徴とする。

このように、円弧状湾曲部の内壁面からの反作用力が作用してもプローブが変位することのない大きな押圧力をプローブに付与し、且つこの押圧力を一定に維持することにより、プローブが円弧状湾曲部の内壁面から離間する方向に変位することを回避することができる。これにより接合ムラが生じることが回避されるので、品質が略同等の製品を連続して製造することができる。

押圧力を一定に維持するには、例えば、プローブを前記内壁面に指向して押圧する押圧機構を摩擦撹拌接合用装置に設け、内壁面に埋没されたプローブを押圧機構によって押圧した状態で塑性流動を行うようにすればよい。

又は、内壁面に埋没されたプローブが内壁面から受ける反作用力を測定する測定手段と、第１回転軸の回転中心を変位させる変位機構とを設け、測定手段によって測定された反作用力に対応して第１回転軸の回転中心を変位させながら塑性流動を行うようにしてもよい。この場合、反作用力が大きくなり、このためにプローブが円弧状湾曲部の内壁面から離間するようであれば、第１回転体の回転中心が該内壁面に接近するように変位が行われる。また、反作用力が小さくなった結果としてプローブが円弧状湾曲部の内壁面に接近するようであれば、第１回転体の回転中心が該内壁面から離間するように変位が行われる。

なお、いずれの場合においても、円弧状湾曲部を有するワークの好適な例として、シリンダブロックの穴部に挿入されたシリンダスリーブを挙げることができる。

また、本発明に係る摩擦撹拌接合用装置は、第１回転軸と、前記第１回転軸の長手方向に対して垂直に交わる方向に延在するとともに前記第１回転軸が回転付勢されることに伴って回転動作する第２回転軸と、前記第２回転軸の先端部に設けられたプローブとを有し、
円弧状湾曲部を有するワークの前記円弧状湾曲部の内壁面に沿って前記第１回転軸が回転動作することに追従して、前記内壁面に埋没された前記プローブが回転動作することにより前記円弧状湾曲部の肉を塑性流動させ、
前記塑性流動が行われる間、前記プローブを前記内壁面に押圧する押圧力を一定に維持する押圧力維持手段を備えることを特徴とする。

この摩擦撹拌接合用装置では、内壁面からの反作用力を上回る押圧力がプローブに付与される。このため、プローブが内壁面から離間する方向に変位することを回避することができ、結局、上記したように接合ムラがなく品質が略同等の製品を連続して得ることができる。

前記押圧力維持手段としては、例えば、前記プローブを前記第１回転軸の側壁部から突出する方向に指向して押圧する押圧機構を設ければよい。そして、プローブを押圧機構によって押圧し、この状態で円弧状湾曲部の肉を塑性流動させるようにすればよい。

又は、押圧力維持手段として、内壁面に埋没されたプローブが内壁面から受ける反作用力を測定する測定手段と、第１回転軸の回転中心を変位させる変位機構とを備えるものを構成するようにしてもよい。この場合、塑性流動の間、変位手段の作用下に、測定手段によって測定された反作用力に対応して第１回転軸の回転中心を変位させるようにすればよい。

本発明によれば、摩擦撹拌接合を行う間、円弧状湾曲部の内壁面に対するプローブの押圧力を一定に維持するようにしている。このため、摩擦撹拌接合された該円弧状湾曲部を有するワークと別部材とに接合ムラが生じることを回避することができる。従って、品質が略同等である製品を連続的に得ることができる。

以下、本発明に係る摩擦撹拌接合方法につきそれを実施する装置との関係で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、本実施の形態では、ブロック本体とシリンダスリーブとを摩擦撹拌接合する場合を例示して説明する。

先ず、アルミニウムの溶湯を使用しての鋳造作業により、その概略斜視一部切欠図を図１に示すブロック本体１０を作製する。鋳造作業に際しては、例えば、ＨＰＤＣを採用すればよい。この場合、鋳造用金型のキャビティに崩壊性中子を配置する必要がないので、コストが低廉化するという利点がある。

図１から諒解されるように、ブロック本体１０には、図２に示すシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄを挿入するための穴部１４が設けられており、該穴部１４の下方には、連環状段部１６が設けられている。また、この穴部１４には、直径方向に窪んだ段部１８が設けられている。すなわち、穴部１４と段部１８は、同心円状に設けられている。なお、図１中、参照符号２０、２２は、それぞれ、ジャーナル部、ガスケット面を示す。

なお、段部１８は、ＨＰＤＣを行う際に穴部１４と同時に設けるようにしてもよいし、ＨＰＤＣで穴部１４のみを形成した後、該穴部１４の内周壁部の一部を切り欠くことによって設けるようにしてもよい。

その一方で、図２に示すシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄを作製する。このうち、シリンダスリーブ１２ａ、１２ｄは、例えば、ハイシリコン系アルミニウムからなるワークに対して押し出し成形や鋳造成形等の公知の成形法を施すことによって円筒体を設け、次に、該円筒体における側周壁部の一部を切り欠いて平坦面２４ａ、２４ｄをそれぞれ設けることによって作製される。

そして、平坦面２４ａ、２４ｄに、シリンダスリーブ１２ａ、１２ｄの各直径方向に窪んだ凹部２６ａ、２６ｄが設けられる。

残余のシリンダスリーブ１２ｂ、１２ｃは、シリンダスリーブ１２ａ、１２ｄにおける平坦面２４ａ、２４ｄと同様の平坦面２４ｂ、２４ｃが設けられた後、該平坦面２４ｂ、２４ｃから１８０°周回した位置にさらに平坦面２８ｂ、２８ｃが設けられることによって作製される。勿論、これら平坦面２４ｂ、２４ｃ、２８ｂ、２８ｃにも、凹部２６ｂ、２６ｃ、３０ｂ、３０ｃがそれぞれ設けられる。

次に、図３に示すように、これらシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄをブロック本体１０の穴部１４に挿入する。この際、挿入されたシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄの下端部が連環状段部１６に載置され、これによりシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄが下方から堅牢に支持される。

穴部１４に挿入されたシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄにおける長手方向各端部の外周壁部は、該穴部１４の内周壁部に当接する。また、シリンダスリーブ１２ａの平坦面２４ａには、シリンダスリーブ１２ｂの平坦面２８ｂが当接する。同様に、シリンダスリーブ１２ｂの平坦面２４ｂにはシリンダスリーブ１２ｃの平坦面２８ｃが、シリンダスリーブ１２ｃの平坦面２４ｃにはシリンダスリーブ１２ｄの平坦面２４ｄがそれぞれ当接する。

また、シリンダスリーブ１２ａ、１２ｄにおける中腹部の外周壁部と段部１８とが離間するとともに、隣接するシリンダスリーブ１２ａと１２ｂ、１２ｂと１２ｃ、１２ｃと１２ｄとの間に凹部２６ａと３０ｂ、２６ｂと３０ｃ、２６ｃと２６ｄとが離間することにより、互いに連通する間隙が形成される。この間隙がウォータジャケット部３２となる。

このように、本実施の形態においては、穴部１４にシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄを挿入することに伴ってウォータジャケット部３２が形成される。

次に、ブロック本体１０と、穴部１４に挿入されたシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄとを摩擦撹拌接合して両部材１０、１２ａ〜１２ｄを接合一体化する。すなわち、穴部１４の内周壁部と、シリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄの外周壁部とを摩擦撹拌接合する。

この摩擦撹拌接合を行うために使用される摩擦撹拌接合用装置４０は、図４に示すように、略円柱体形状の回転軸カバー４２と、ケーシング４４と、該ケーシング４４の側壁部に配設された回転体４６と、該回転体４６に比して小径なプローブ４８を備える。

ここで、図５に示すように、回転軸カバー４２の先端部には凹部５０が形成されており、中空体であるケーシング４４における凹部５０に嵌合された部位が図示しないボルトを介して回転軸カバー４２に連結されることによって、ケーシング４４が回転軸カバー４２に取り付けられている。

回転軸カバー４２の閉塞先端部５２に設けられた貫通孔５４からは、図示しないスピンドルに連結された第１回転軸５６が若干突出している。なお、閉塞先端部５２と第１回転軸５６との間にはベアリング５８が介装されているので、第１回転軸５６の回転付勢に伴って回転軸カバー４２が回転動作することはない。

そして、ケーシング４４の内部に突出した第１回転軸５６の先端部には、第１傘歯車６０が固定されている。一方、ケーシング４４の内周壁部には、対向する内周壁部に指向して突出した突出部６２ａ〜６２ｃ、６４ａ、６４ｂが設けられており、このうちの突出部６２ａ、６２ｂには、中歯車６６が嵌合された短軸体６８が回転自在に支持されている。また、突出部６２ｂ、６２ｃと突出部６４ａ、６４ｂには、長軸体７０が回転自在に橋架されている。この長軸体７０には、前記第１傘歯車６０に噛合する第２傘歯車７２と、前記中歯車６６に噛合する第１歯車７４とが嵌合されている。

さらに、ケーシング４４の内部下方には、チューブを介して駆動源（ともに図示せず）に接続された油圧シリンダ７６が配設されている。なお、この駆動源は、リード線を介して制御回路（ともに図示せず）に電気的に接続されている。ここで、前記駆動源及び前記制御回路は穴部１４（図１及び図３参照）外に設置され、従って、前記チューブは穴部１４の内部から外部へ導出されており、前記リード線は穴部１４の外部で駆動源と制御回路とに電気的に接続されている。

油圧シリンダ７６（図５参照）のロッド７８には、ベアリング８０を介して第２回転軸８２が連結されている。この第２回転軸８２には、ベアリング８４、第２歯車８６及びブッシュ８８が回転体４６側からこの順序で嵌合されており、このうち、第２歯車８６は前記中歯車６６が噛合している。すなわち、第２歯車８６、中歯車６６及び第１歯車７４によってギアトレイン９０が構成されている。

第２歯車８６において、ベアリング８４に臨む側の端面には、摺接板９２が貼付されている。一方、ケーシング４４の内壁面において、摺接板９２に対向する箇所にはコイルスプリング９４の一端面が着座しており、該コイルスプリング９４の他端面は、摺接板９２に接している。

第２回転軸８２は、ケーシング４４の側壁部に設けられた貫通孔９６から突出しており、前記回転体４６は、貫通孔９６から突出した第２回転軸８２の先端部に連結されている。

以上の構成において、回転軸カバー４２も図示しない回転付勢機構に連結されており、従って、回転軸カバー４２は、該回転付勢機構の作用下に、第１回転軸５６とは個別に回転動作可能である。

上記のように構成された摩擦撹拌接合用装置４０を、シリンダスリーブ１２ａ内に挿入する。その後、油圧シリンダ７６を付勢してロッド７８を前進動作させて第２回転軸８２をケーシング４４からさらに突出させるとともに、第２回転軸８２に一定の押圧力を加える。これにより、プローブ４８は、該シリンダスリーブ１２ａの内周壁部に反作用力を超える所定の押圧力で押接する。この際、プローブ４８の位置をウォータジャケット部３２よりも下方とする。また、第２歯車８６の一端面に貼付された摺接板９２にコイルスプリング９４の一端面が当接するとともに、前進動作する第２歯車８６によって該コイルスプリング９４が圧縮される。

この状態で、前記スピンドルを回転付勢することによって第１回転軸５６を回転動作させると、第１傘歯車６０に噛合した第２傘歯車７２が回転動作し、これに追従して長軸体７０が回転動作することにより、ギアトレイン９０が動作を開始する。すなわち、中歯車６６及び短軸体６８が回転動作することに伴って第２歯車８６及び第２回転軸８２が回転動作し、最終的に、回転体４６及びプローブ４８が図４に示す矢印Ａ方向に回転動作する。

このようにして回転動作したプローブ４８がシリンダスリーブ１２ａの内周壁部に摺接することに伴って摩擦熱が発生し、該内周壁部におけるプローブ４８の当接箇所が軟化する。その結果、該プローブ４８の先端部が埋没する。

埋没したプローブ４８は、最終的に、シリンダスリーブ１２ａを通過して穴部１４の内周壁部に到達し、これに伴ってシリンダスリーブ１２ａの外周壁部と穴部１４の内周壁部とが摩擦熱によって軟化する。

次に、前記回転付勢機構を付勢して回転軸カバー４２を矢印Ｂ方向に回転付勢すると、埋没したプローブ４８がシリンダスリーブ１２ａの円周方向に沿って変位する。このようにしてプローブ４８が変位することに伴い、軟化した肉が該プローブ４８にて撹拌されて塑性流動した後、該プローブ４８が離間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、シリンダスリーブ１２ａの外周壁部と、穴部１４の内周壁部とが接合一体化される。同時に、シリンダスリーブ１２ａの平坦面２４ａと、シリンダスリーブ１２ｂの平坦面２８ｂとも接合一体化されるに至る。

この変位の間、油圧シリンダ７６の作用下にプローブ４８の押圧力が一定に維持されているので、プローブ４８が反作用力によってシリンダスリーブ１２ａの内周壁部から離間する方向に変位することがない。従って、シリンダスリーブ１２ａの外周壁部と穴部１４の内周壁部、及び、シリンダスリーブ１２ａの平坦面２４ａとシリンダスリーブ１２ｂの平坦面２８ｂとを確実に接合一体化することができるので、接合ムラが生じることを回避することができる。このため、連続的に得られるクローズドデッキ型シリンダブロック１００の品質を互いに略同等とすることができる。

また、図３に示すように、シリンダスリーブ１２ａ、１２ｂは、連環状段部１６に載置されていることによって堅牢に支持されている。このため、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。

摩擦撹拌接合用装置４０が図４における矢印Ｂ方向に一回転した後、前記制御回路の制御作用下に油圧シリンダ７６への油圧が低減され、最終的にコイルスプリング９４の弾発付勢力が油圧を上回るようになると、コイルスプリング９４の弾発付勢下に摺接板９２を介して第２歯車８６、ひいては第２回転軸８２が後退動作し、元の位置に復帰する。

以下、残余のシリンダスリーブ１２ｂ〜１２ｄに対して同様の操作を行えば、隣接するシリンダスリーブ１２ａと１２ｂ、１２ｂと１２ｃ、１２ｃと１２ｄが互いに接合され、且つブロック本体１０における穴部１４の内周壁部とシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄの外周壁部とが接合された４気筒のクローズドデッキ型シリンダブロック１００が得られる（図３参照）。このクローズドデッキ型シリンダブロック１００は、図３から諒解されるように、ウォータジャケット部３２におけるガスケット面２２側が閉塞されている。

なお、本実施の形態においては、図６に示すように、油圧シリンダ７６のロッド７８を垂直方向に沿って前進・後退動作するようにするとともに該ロッド７８の先端部に傾斜面を設け、ロッド７８とベアリング８０との間に、前記傾斜面に合致する形状の傾斜面を有するカム１０２を介在するようにしてもよい。この場合、プローブ４８に大きな反作用力が作用したとしても、カム１０２とロッド７８とが互いに垂直な方向に交わっているため、ロッド７８が後退動作することが著しく困難となる。このため、プローブ４８に一定の押圧力を一層確実に付与することができる。

このクローズドデッキ型シリンダブロック１００を構成するブロック本体１０は、ＨＰＤＣにて鋳造成形されているので、肉厚が薄い。しかも、図３から諒解されるように、ブロック本体１０の段部１８とシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄとの間の間隙がウォータジャケット部３２となるので、一般的なクローズドデッキ型シリンダブロック（図８参照）のように、ウォータジャケット部をブロック本体の中空部として設ける必要はない。従って、ブロック本体１０の肉厚を薄くすることができるので、クローズドデッキ型シリンダブロック１００の体積を小さくすることができる。換言すれば、クローズドデッキ型シリンダブロック１００を小型化することができるとともに、軽量化することができる。

また、本実施の形態によれば、シリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄの外周壁部の一部を切断除去するのみであり、ブロック本体１０やシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄを大幅に切削除去する必要は特にない。すなわち、廃材の量が著しく少ない。その上、この場合、ブロック本体１０を安価なアルミニウムから構成するようにしている。以上の理由から、クローズドデッキ型シリンダブロック１００の素材コスト、ひいては製造コストを一層低廉化することができる。

しかも、摩擦撹拌接合を採用しているので、クローズドデッキ型シリンダブロック１００では、互いに異種の金属であるブロック本体１０（アルミニウム）と、シリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄ（ハイシリコン系アルミニウム）とが堅牢に接合されている。このため、該クローズドデッキ型シリンダブロック１００は、高い強度及び剛性を示す。

さらに、このクローズドデッキ型シリンダブロック１００においては、耐摩耗性に優れるハイシリコン系アルミニウムからなるシリンダスリーブ１２ａ〜１２ｄを使用しているので、充分な耐久性が確保される。

プローブ４８への一定押圧力の付与は、油圧シリンダ７６によることに代替して、図７に示すように、測定手段としての歪ゲージ１０４を設け、該歪ゲージ１０４にて測定されたたわみ量に応じて第１回転軸５６の回転中心を変位させることで行うようにしてもよい。なお、この場合、ベアリング８４とブッシュ８８を第２歯車８６に近接させることによって、第２回転軸８２がその長手方向に沿って変位することを回避する。

すなわち、この場合、前記スピンドルが図示しない変位機構に連結されるとともに、該変位機構と歪ゲージ１０４とが制御回路１０６にリード線１０８を介して電気的に接続される。歪ゲージ１０４は、プローブ４８に反作用力が作用することに伴ってケーシング４４に加わる負荷を測定し、その負荷を情報信号としてリード線１０８を介して制御回路１０６に伝達する。

この情報信号を受けた制御回路１０６は、ケーシング４４に加わる負荷が一定となるようにスピンドルを変位させる。すなわち、負荷が大きく、このために第１回転軸５６の回転中心がシリンダスリーブ１２ａの内周壁面から離間するようであれば、スピンドルをシリンダスリーブ１２ａの内周壁面に接近させる。これとは逆に、負荷が小さいために第１回転軸５６の回転中心がシリンダスリーブ１２ａの内周壁面に接近するようであれば、スピンドルをシリンダスリーブ１２ａの内周壁面から離間させる。

このような制御によってスピンドルの位置、換言すれば、第１回転軸５６の回転中心が変位されることにより、プローブ４８に付与される押圧力を一定に維持することができる。なお、この場合、歪ゲージ１０４による測定値と、ケーシング４４への負荷との関係を予め求めておくようにすればよい。

なお、上記した実施の形態においては、シリンダスリーブ１２ａをブロック本体１０に摩擦撹拌接合する場合を例示して説明したが、本発明に係る摩擦撹拌接合方法は特にこの場合に限定されるものではなく、円弧状湾曲部を有するワークを別部材に摩擦撹拌接合する場合であれば採用することができる。

また、本発明に係る摩擦撹拌接合用装置は、油圧シリンダ７６と歪ゲージ１０４とがともに設けられたものであってもよい。

さらに、第２回転軸８２を前進動作させる付勢手段は油圧シリンダ７６に限定されるものではなく、モータ等であってもよい。同様に、歪ゲージ１０４に代替して加圧センサを設けるようにしてもよい。

クローズドデッキ型シリンダブロックを構成するブロック本体の概略斜視一部切欠図である。 クローズドデッキ型シリンダブロックを構成するシリンダスリーブの概略全体斜視図である。 ブロック本体の穴部にシリンダスリーブを挿入してシリンダブロックを構成した状態を示す要部概略縦断面図である。 シリンダスリーブに摩擦撹拌接合用装置のプローブを埋没させた状態を示す要部概略縦断面図である。 図４の摩擦撹拌接合用装置の要部縦断面拡大図である。 別の実施形態に係る摩擦撹拌接合用装置の要部縦断面拡大図である。 また別の実施形態に係る摩擦撹拌接合用装置の要部縦断面拡大図である。 一般的なクローズドデッキ型シリンダブロックの要部概略縦断面図である。 従来技術に係る摩擦撹拌接合方法において、摩擦撹拌接合用装置のたわみ量と荷重との関係を示すグラフである。

符号の説明

１、１００…クローズドデッキ型シリンダブロック
２、３２…ウォータジャケット部
４、１２ａ〜１２ｄ…シリンダスリーブ
５、１０…ブロック本体
１４…穴部 １６…連環状段部
１８…段部 ２４ａ〜２４ｄ、２８ｂ、２８ｃ…平坦面
４０…摩擦撹拌接合用装置 ４２…回転軸カバー
４４…ケーシング ４６…回転体
４８…プローブ ５６、８２…回転軸
６０、７２…傘歯車 ６６、７４、８６…歯車
６８、７０…軸体 ７６…油圧シリンダ
９０…ギアトレイン ９４…コイルスプリング
１０２…カム １０４…歪ゲージ

Claims (3)

1. 第１回転軸と、前記第１回転軸の長手方向に対して垂直に交わる方向に延在するとともに前記第１回転軸が回転付勢されることに伴って回転動作する第２回転軸と、前記第２回転軸の先端部に設けられたプローブとを有する摩擦撹拌接合用装置を使用し、前記プローブを、円弧状湾曲部を有するワークの前記円弧状湾曲部の内壁面に埋没及び回転動作させることによって前記円弧状湾曲部の肉を塑性流動させる摩擦撹拌接合方法であって、
   前記塑性流動が行われる間、前記プローブが前記内壁面を押圧する押圧力を一定に維持することを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
2. 請求項１記載の接合方法において、前記プローブを前記内壁面に指向して押圧する押圧機構を前記摩擦撹拌接合用装置に設け、前記内壁面に埋没された前記プローブを前記押圧機構によって押圧した状態で前記塑性流動を行うことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
3. 第１回転軸と、前記第１回転軸の長手方向に対して垂直に交わる方向に延在するとともに前記第１回転軸が回転付勢されることに伴って回転動作する第２回転軸と、前記第２回転軸の先端部に設けられたプローブとを有し、
   円弧状湾曲部を有するワークの前記円弧状湾曲部の内壁面に沿って前記第１回転軸が回転動作することに追従して、前記内壁面に埋没された前記プローブが回転動作することにより前記円弧状湾曲部の肉を塑性流動させ、
   前記塑性流動が行われる間、前記プローブを前記内壁面に押圧する押圧力を一定に維持する押圧力維持手段を備えることを特徴とする摩擦撹拌接合用装置。

Images