JP4913676B2 - 接合用治具 - Google Patents

Description

本発明は、熱加工による接合に用いられる接合用治具に関する。

金属要素同士の突合部に熱加工を施して突合部を接合する方法が広く知られている。なお、熱加工には、電気、アーク放電、レーザビーム、電子ビームなどによる溶融（溶接）のほか、摩擦攪拌も含まれる。

ところで、金属要素同士の突合部に対して熱加工を連続して施すと、熱加工の開始位置および終了位置に欠陥が発生する虞があるので、金属要素同士の突合部の端部にタブ材（当て部材）を配置し、熱加工の開始位置または終了位置をこのタブ材に位置させる場合がある（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特開２００４−０５０２８１号公報 特開２００５−６６６６９号公報

ところで、熱加工により接合する金属要素同士が中空形材等であるときには、金属要素同士が平らな板材であるときに比べて立体的であるため、タブ板の設置位置も形材の突合部に合わせて高い位置にもってくる必要がある。そのための手法として、従来は、突合部の端部にタブ板を溶接によって仮固定等する手法が採られている。
しかしながら、このような仮固定等は、金属要素とタブ板とが異なる材料であるときには経験や熟練が必要となり、作業効率が必ずしも良くなかった。
また、熱加工による接合時には、金属要素同士の突合部がうまくつき合わされていないと、目開きや目違いが生じる虞があった。なお、前記した課題は、金属要素が中空形材等である場合に限らず、他の金属要素であるときにも共通して当てはまる。

このような観点から、本発明は、金属要素同士の突合部に対して熱加工を施すことで突合部を接合する際に使用される接合用治具であって、金属要素同士の目開きを好適に防止しつつ、タブ板の設置作業を簡略に行うことができる接合用治具を提供することを課題とする。

このような課題を解決する本発明に係る接合用治具は、金属要素同士の突合部の端部にタブ板を配置して熱加工による接合をする際に使用される接合用治具であって、前記タブ板を支持する支持部を有するとともに、当該支持部に支持された前記タブ板を前記金属要素へ向けて押圧する押圧手段を備え、さらに、前記金属要素の端部を前記突合部へ向けて押圧保持する保持手段を具備したことを特徴とする。

本発明に係る接合用治具によれば、タブ板は、押圧手段によって突合部の端部に押圧された状態で保持される。これによって、突合部の端部の所定位置におけるタブ板の設置および保持を簡略かつ確実に行うことができる。
しかも、保持手段によって金属要素の端部が突合部へ向けて押圧されて保持されることとなるので、金属要素同士の目開きが好適に防止されるようになり、欠陥が生じ難く品質のよい熱加工による接合を実現することができる。
なお、前記した「熱加工」には、電気、アーク放電、レーザビーム、電子ビームなどによる溶融だけでなく、摩擦攪拌も含まれる。

また、接合用治具は、前記支持部との間に前記タブ板を挟持する挟持手段が設けられている構成とするのがよい。このように構成することによって、支持部に対してタブ板が押え付けられた状態で好適に保持されるようになり、支持部上におけるタブ板の位置ずれ等が抑制されて、タブ板を利用した品質のよい熱加工による接合を実現することができる。
特に、熱加工が摩擦攪拌であるときには、前記押圧手段による作用と相俟って、ツールの強い押し付けにも耐え得る状態にタブ板を突合部の端部の所定位置に拘束することができ、品質のよい熱加工による接合が得られる。

また、接合用治具は、前記金属要素が、前記金属要素の端部に開口する中空部を備えており、前記保持手段は、前記中空部に挿入されるクランプアームを有し、当該クランプアームにより前記金属要素の端部を前記突合部へ向けて押圧保持する構成とするのがよい。このように構成することによって、金属要素の中空部に挿入されるクランプアームにより金属要素同士を締め付けて押圧保持することができ、突合部の端部における目開きや目違いを好適に防止することが可能となる。

また、接合用治具は、前記金属要素が搭載される架台への固定手段を備え、前記固定手段が、前記金属要素の前記端部側を前記架台へ拘束するための拘束手段を兼ね備えている構成とするのがよい。このような接合用治具によれば、固定手段を用いて金属要素の端部側を架台へ拘束することができるので、金属要素の端部側における上下動を好適に防止することができる。また、このような固定手段による金属要素の端部側の架台への拘束は、接合用治具を架台に固定する際に同時に行うことができるので、作業効率がよいという利点が得られる。

さらに、前記固定手段や前記挟持手段は、前記架台に直接設けられている構成とするのがよい。このように構成することによって、構造の簡略化および重量の軽減を実現することができ、架台に対する取付作業や取外作業が行い易くなる。

本発明に係る接合用治具によれば、金属要素同士の目開きを好適に防止しつつ、タブ板の設置作業を簡略に行うことができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施形態においては、接合される金属要素として中空形材を例示するが、本発明に係る接合用治具が適用される金属要素がこれに限定される趣旨ではない。以下の説明において、「前後左右上下」は、図２において図示した方向を基準とする。
（第１実施形態）
参照する図面において、図１は本発明の第１実施形態に係る接合用治具を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、図２は同じく分解斜視図である。

図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の接合用治具は、金属要素Ｗ１，Ｗ２同士の突合部ＴＷ（図１（ｂ）参照、以下同じ）を熱加工により接合する際に使用されるものであり、金属要素Ｗ１，Ｗ２の突合部ＴＷの端部の側方に設置されて、突合部ＴＷの端部の所定位置にタブ板７０（図２参照、以下同じ）を保持するように構成されている。

金属要素Ｗ１，Ｗ２は、対向する側面同士を突き合わせて突合部ＴＷを形成した状態で、摩擦攪拌接合装置を構成する平坦な架台（ベッド）Ｋ上に拘束されて載置される（図３（ａ）参照）。ここで、金属要素Ｗ１，Ｗ２には、仕切部Ｗ３（図１（ａ），図３（ａ）参照）で仕切られる中空部Ｓ１，Ｓ２が形成されている。
接合用治具は、主として、架台Ｋ上に立設される左右一対の支柱１，１と、この支柱１，１の上に渡されて設けられた基部１０とからなる接合用治具本体Ｈを備えている。そして、基部１０の上面には、タブ板７０を下から支持するための支持部１３が凹設されている。また、基部１０には、支持部１３に支持されたタブ板７０を支持部１３との間に挟持する挟持手段２０と、タブ板７０を金属要素Ｗ１，Ｗ２の突合部ＴＷの端部へ向けて押圧する押圧手段３０と、金属要素Ｗ１，Ｗ２同士を突合部ＴＷへ向けて押圧保持する保持手段４０とが設けられている。

接合用治具本体Ｈを構成する支柱１，１は、工具鋼製であり、図２に示すように、その下端前部には、四角い切欠部２，２が形成され、この切欠部２，２に対して、左右方向に延在する四角棒状の固定用部材３が固定されている。固定用部材３は、支柱１，１の左右側方に延在する長さを有しており、この延在した部分を含めて固定用部材３には、接合用治具本体Ｈとは別体とされて架台Ｋに直接設けられた後記する固定手段５０の固定用のクランプアーム５２が押し付けられるようになっている。なお、固定用部材３は、支柱１，１の左右側方に延在する長さを備えたものに限らず、支柱１，１間にのみ亘る長さを有するものや、支柱１，１の下部にそれぞれ個別に設けられるものを用いてもよい。

基部１０は、工具鋼製であり、略直方体形状を呈している。基部１０の上面１０Ａの中央部には、支持部１３が凹設され、この支持部１３の左右には、支持部１３よりも一段高く形成された支持面１２，１２が設けられている。また、支持面１２，１２の左右には、支持面１２，１２よりもさらに一段高く形成された支点部１１ａ，１１ａが設けられている。また、基部１０の側面１０Ｃ，１０Ｃ（図２では片側のみ図示）の前端部側には、保持手段４０の後記する押圧保持用のクランプアーム４２の他端部４５が支持される支点部１１ｃが上下に亘って突設されている。

支持部１３は、基部１０の上面１０Ａの前後に亘って凹設されており、これによって、タブ板７０は、支持部１３上で基部１０の前後方向に移動可能に、かつ左右方向に移動不能に支持されるようになっている。なお、タブ板７０は、支持部１３に支持された状態で、支持部１３の前方および後方にその前部および後部がそれぞれはみ出す大きさとされており、押圧手段３０の後記する押圧部材３２による押圧が可能となるようにされている。

支持面１２，１２には、取付穴１２ａ，１２ａが形成されており、この取付穴１２ａ，１２ａには、挟持手段２０の後記する支軸２１が螺合固定されるようになっている。
挟持手段２０は、支軸２１と、この支軸２１が貫設される挟持用のクランプアーム２２と、ワッシャ２８と、支軸２１に締結されるナット２９とを備えて構成されている。
挟持用のクランプアーム２２は、両端部がそれぞれ先細り形状とされているとともに、中央部には、支軸２１が挿通される長孔２３が長手方向に沿って設けられており、タブ板７０を支持部１３に押さえ付ける役割をなす。長孔２３は、図２に示すように、挟持用のクランプアーム２２の一端部２４側よりも他端部２５側寄りに形成されており、一端部２４側と他端部２５側とでクランプアーム２２のスライド移動量が異なるようにしてある。

このような挟持用のクランプアーム２２は、例えば、他端部２５側を基部１０の支点部１１ａに載置するとともに、一端部２４側を支持部１３に載置したタブ板７０の上面に当接させて配置される。そして、クランプアーム２２は、ナット２９が締め付けられることで、基部１０の支点部１１ａとの接触部分を支点として一端部２４側が図４（ｃ）中矢印Ｙ１方向へ押し付けられ、これによって、一端部２４と支持部１３との間にタブ板７０が略不動に挟持されることとなる。また、クランプアーム２２による挟持状態を解く場合には、ナット２９を緩めることで容易に行うことができる。

押圧手段３０は、基部１０の前面１０Ｂに形成された取付穴１０ｂに螺合固定された支軸３１と、この支軸３１が貫設される押圧部材３２と、ワッシャ３８と、支軸３１に締結されるナット３９とを備えて構成されている。
押圧部材３２は、側面視略コ字状（図１（ｃ）参照）に形成されており、支軸３１が貫通される貫通孔３３と、基部１０の前面１０Ｂに当接される下端部３４と、基部１０の支持部１３の上方に突出した状態に配置される上端部３５とを備えている。このような押圧部材３２は、支軸３１に支持された状態で、上端部３５の上端角部３５ａに、タブ板７０の前端部７０ａが係止されるように配置される。

このような押圧部材３２は、ナット３９が締め付けられることで、下端部３４が基部１０の前面１０Ｂに当接し、この当接した下端部３４側を支点として上端部３５側が支持部１３に覆い被さる方向（上端部３５側が突合部ＴＷへ近づく方向）に回動する。これによって、押圧部材３２の上端部３５の上端角部３５ａに係止されたタブ板７０が金属要素Ｗ１，Ｗ２の突合部ＴＷの端部へ向けて押圧される。また、押圧部材３２による押圧状態を解く場合には、ナット３９を緩めることで容易に行うことができる。

保持手段４０は、基部１０の左右側面１０Ｃ，１０Ｃにそれぞれ設けられており、後記するように金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部同士を突合部ＴＷへ向けて押圧保持するように構成されている。本実施形態では、基部１０の左右側面１０Ｃ，１０Ｃに計４つの保持手段４０が設けられている。各保持手段４０は、同じ部材から構成されているので、ここではその一つを例にとって説明する。
保持手段４０は側面１０Ｃに形成された取付穴１０ｃに螺合固定される支軸４１と、この支軸４１が貫設される締付用のクランプアーム４２と、ワッシャ４８と、支軸４１に締結されるナット４９とを備えて構成されている。

押圧保持用のクランプアーム４２は、前記した挟持手段２０のクランプアーム２２と基本的構成が同じであり、クランプアーム２２に比べて全体的に寸法が大きく形成されている。クランプアーム４２には、前記と同様に、長手方向に沿う長孔４３が設けられている。長孔４３は、クランプアーム４２の一端部４４側よりも他端部４５側寄りに形成されており、一端部４４側と他端部４５側とでクランプアーム４２のスライド移動量が異なるようにされている。

このようなクランプアーム４２は、例えば、他端部４５側を基部１０の側面１０Ｃの支点部１１ｃに側方から当接させるとともに、一端部４４側を金属要素Ｗ１，Ｗ２の中空部Ｓ１に挿入して仕切部Ｗ３に側方から当接させて配置される。そして、クランプアーム４２は、ナット４９が締め付けられることで、基部１０の支点部１１ｃとの接触部分を支点として一端部４４側が図３（ｂ）中矢印Ｘ１方向へ押し付けられる。これによって、左右の保持手段４０のナット４９がそれぞれ締め付けられることで、基部１０の左右に配置されたクランプアーム４２が金属要素Ｗ１，Ｗ２を突合部ＴＷへ向けて押圧保持するようになっている。なお、クランプアーム４２による締付状態を解く場合には、ナット４９を緩めることで容易に行うことができる。

固定手段５０は、接合用治具本体Ｈを架台Ｋに対して固定するためのものであり、本実施形態では、固定手段５０が、この固定機能の他に、金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部側を架台Ｋへ向けて拘束するための拘束機能（拘束手段）を兼ね備えている。具体的に、固定手段５０は、接合用治具本体Ｈとは別体とされて架台Ｋ側に設けられており、架台Ｋに設けられた取付穴Ｋ１に螺合固定された支軸５１と、この支軸５１が貫設される固定用のクランプアーム５２と、ワッシャ５８と、支軸５１に締結されるナット５９とを備えている。

クランプアーム５２は、前記した挟持手段２０のクランプアーム２２および保持手段４０のクランプアーム４２と基本的構成が同じであり、一端部５４側で金属要素Ｗ１（Ｗ２）の端部側を架台Ｋへ向けて拘束するとともに、他端部５５側で接合用治具本体Ｈの固定用部材３を架台Ｋへ拘束するように構成されている。クランプアーム５２の中央部には、前記と同様に、長手方向に沿う長孔５３が設けられている。このクランプアーム５２においても、長孔５３は、クランプアーム５２の一端部５４側に比べて他端部５５側寄りに形成されており、一端部５４側のスライド移動量が他端部５５側のスライド移動量よりも大きくなるようにされている。

このようなクランプアーム５２は、支軸５１を長孔５３に挿通させた状態で当該支軸５１に保持され、一端部５４側が金属要素Ｗ１，Ｗ２の中空部Ｓ１に挿入されて底面上に配置されるとともに、他端部５５側が固定用部材３の上面に当接させた状態で配置される。そして、ナット５９が締め付けられることで、クランプアーム５２の一端部５４側が金属要素Ｗ１（Ｗ２）の端部を架台Ｋに押し付けるとともに、他端部５５側が固定用部材３を架台Ｋに押し付ける。これによって、これらが架台Ｋに対して不動に拘束される。なお、ナット５９を緩めることで、これらの拘束を解除することができ、接合用治具本体Ｈを架台Ｋから容易に取り外すことができる。

なお、金属要素Ｗ１，Ｗ２を架台Ｋへ固定する装置として、架台Ｋ上には、図３（ａ）に示すように、金属要素Ｗ１，Ｗ２の長手方向に沿って所定の間隔でクランプ装置８０が設置されている。このクランプ装置８０は、架台Ｋに設けられた取付穴Ｋ３に螺合固定された支軸８１と、この支軸８１が貫通される長孔８３を有するクランプアーム８２と、クランプアーム８２の他端部８５側を支持する支持体８６と、ワッシャ８８と、支軸８１に締結されるナット８９と、を備えて構成される。クランプアーム８２は、前記したクランプアーム２２等と基本的構成が同じであり一端部８４側が金属要素Ｗ１（Ｗ２）の上面に当接される状態に配置され、他端部８５側が支持体８６上に支持されるように配置される。そして、クランプ装置８０は、そのナット８９を締め付けることで、クランプアーム８２の他端部８５と支持体８６との接触部分が支点となって一端部８４側が金属要素Ｗ１（Ｗ２）の上面に押し付けられるように作用する。これによって金属要素Ｗ１（Ｗ２）がクランプ装置８０で架台Ｋへ拘束されるようになっている。

また、架台Ｋ上には、金属要素Ｗ１，Ｗ２の長手方向に沿って複数の拘束用ブロック９０（図２では片側のみ図示）が側方から宛がわれて設置され、金属要素Ｗ１，Ｗ２は側方からも拘束されるようになっている。なお、油圧シリンダ等により押圧力を発生する、図示しない締付装置を架台Ｋ上に設置して、金属要素Ｗ１，Ｗ２を側方から拘束するように構成してもよい。

次に、本実施形態に係る接合用治具を用いた摩擦攪拌接合について説明する。
以下に説明する摩擦攪拌接合では、金属要素Ｗ１，Ｗ２を突き合せて拘束する（図３（ａ）参照）拘束工程と、金属要素Ｗ１，Ｗ２の突合部ＴＷの端部の側方に接合用治具本体Ｈを取り付ける取付工程と、金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部を突合部ＴＷへ向けて締め付けることで押圧保持する保持工程と、接合用治具本体Ｈの支持部１３にタブ板７０を支持し、これを突合部ＴＷへ向けて押圧する押圧工程と、金属要素Ｗ１，Ｗ２同士の突合部ＴＷに対して連続して熱加工を施す熱加工工程（図８（ａ）（ｂ）参照）と、接合用治具本体Ｈを架台Ｋから取り外す取外工程と、タブ板７０を取り除く除去工程とを含んでいる。

拘束工程では、二つの金属要素Ｗ１，Ｗ２を突き合せて架台Ｋ上に移動不能に拘束する。具体的には、図３（ａ）に示すように、二つの金属要素Ｗ１，Ｗ２同士の側面を相互に当接させて架台Ｋ上に配置し、各クランプ装置８０で押さえ込むことで拘束する。そして、二つの金属要素Ｗ１，Ｗ２の左右側方（片側の１つのみ図示）から拘束用ブロック９０宛がって、これを架台Ｋ上に固定し、金属要素Ｗ１，Ｗ２をその両側方から拘束する。

取付工程では、図３（ｂ）に示すように、接合用治具本体Ｈを金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部の側方へ取り付ける。取り付けにあたっては、まず、接合用治具本体Ｈを金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部の側方の所定位置に配置し、固定手段５０のクランプアーム５２を支軸５１（図２参照）周りに回動させて、クランプアーム５２の一端部５４を金属要素Ｗ１，Ｗ２の中空部Ｓ１に挿入して底面上に配置するとともに、他端部５５側を接合用治具本体Ｈの固定用部材３の上面に当接させて配置する。そして、各固定手段５０のクランプアーム５２をそれぞれ同様に配置しておいてから、各ナット５９を順次締め付ける。そうすると、各ナット５９に締め付けられて、クランプアーム５２の一端部５４側が金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部の底面を押圧し、また、他端部５５側が接合用治具本体Ｈの固定用部材３の上面を押圧する。これによって固定用部材３が架台Ｋに拘束されることとなり、併せて金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部が架台Ｋへ拘束される。つまり、ナット５９を締め付けるという一つの動作を行うことで、接合用治具本体Ｈおよび金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部を架台Ｋに同時に拘束することができる。

ここで、支軸５１は、金属要素Ｗ１，Ｗ２の寸法に対応させて、架台Ｋの所定の位置に設けられた取付穴Ｋ１に予め螺合固定されるが、金属要素Ｗ１，Ｗ２の大きさによっては、図２に示すように、取付穴Ｋ１よりも側方に設けられた取付穴Ｋ２に支軸５１を螺合固定してもよく、適宜選択することができる。

保持工程では、図３（ｂ）に示すように、保持手段４０を用いて金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部同士を突合部ＴＷへ向けて押圧保持する。具体的に、保持手段４０のクランプアーム４２の他端部４５側を基部１０の側面１０Ｃの支点部１１ｃに側方から当接させるとともに、一端部４４側を金属要素Ｗ１，Ｗ２の中空部Ｓ１に挿入して、これを仕切部Ｗ３に側方から当接させておいてから、ナット４９を締め付ける。そうすると、クランプアーム４２は、基部１０の支点部１１ｃとの接触部分を支点として一端部４４側が図３（ｂ）中矢印Ｘ１方向へ押し付けられる。これによって、基部１０の左右に配置されたクランプアーム４２で金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部が突合部ＴＷへ向けて締め付けられて押圧保持され、突合部ＴＷの目開き、特に突合部ＴＷの端部における目開きや目違いが好適に防止されることとなる。

押圧工程では、接合用治具本体Ｈの支持部１３にタブ板７０を載置し、これを金属要素Ｗ１，Ｗ２の突合部ＴＷの端部へ向けて押圧する。具体的に、まず、接合用治具本体Ｈの基部１０の支持部１３に、タブ板７０を載置し（図４（ａ）参照）、挟持手段２０のクランプアーム２２と支持部１３とによってタブ板７０を挟持する。タブ板７０を支持部１３に載置する際には、図５（ａ）に示すように、押圧手段３０のナット３９を予め緩めておき、タブ板７０が押圧部材３２に干渉しないように押圧部材３２を基部１０の前側へ傾けておく。
そして、図４（ｂ）に示すように、クランプアーム２２の他端部２５を支点部１１ａに載置させた状態のまま、クランプアーム２２の一端部２４側を持ち上げ、これをクランプアーム２２の長孔２３を利用してタブ板７０側へ移動させつつ、一端部２４をタブ板７０の上面に位置させる。この状態でナット２９を締め付けると、クランプアーム２２は、基部１０の支点部１１ａとの接触部分を支点として一端部２４側が図４（ｃ）中矢印Ｙ１方向へ押し付けられ、これによって、一端部２４と支持部１３とによってタブ板７０が挟持される。ここで、ナット２９の締付具合は、次に説明する押圧手段３０でタブ板７０が金属要素Ｗ１，Ｗ２の突合部ＴＷの端部へ向けて押圧移動される強さに調整しておく。

次に、図５（ａ）に示すように押圧手段３０のナット３９を手締め等で軽く締めながら、押圧部材３２を基部１０側へ近づけ、押圧部材３２の上端角部３５ａにタブ板７０の前端部７０ａを係止する。その後、ナット３９を本格的に締め付ける。そうすると、押圧部材３２が、その下端部３４を支点として回動し、上端部３５が図５（ｃ）中矢印Ｘ２方向に移動して、その上端角部３５ａでタブ板７０を押圧する。これによって、図６に示すように、タブ板７０が突合部ＴＷへ向けて押圧され、タブ板７０の後端部７０ｂが突合部ＴＷの端部に強く押圧されて目開きすることなく密着する。
ここで、タブ板７０は、挟持手段２０のクランプアーム２２によって支持部１３に挟持されているので、押圧手段３０による前記押圧時にも支持部１３上に密着しており、浮き上がりが防止されつつ、突合部ＴＷの端部に強く押圧されて保持されることとなる。

そして、押圧手段３０による押圧後、挟持手段２０のナット２９を増し締めして、タブ板７０を支持部１３に対して移動不能に拘束する。
これによって、図７に示すように、金属要素Ｗ１，Ｗ２の突合部ＴＷの端部の側方にタブ板７０が接合用治具によって移動不能に好適に配置されることとなる。なお、支持部１３の位置、押圧部材３２の位置や個数は、金属要素Ｗ１，Ｗ２の形状や大きさ等に応じて適宜変更しても差し支えない。

熱加工工程では、図８（ａ）に示すように、突合部ＴＷに対して連続して摩擦攪拌を行う。具体的には、ツールとしての回転ツールＰを回転させて、その攪拌ピンＰ１を図示しない開始位置に挿入（圧入）するとともに、挿入した攪拌ピンＰ１を途中で離脱させることなく突合部ＴＷに沿うように設定した摩擦攪拌のルートに沿って移動させることで突合部ＴＷに対して連続して摩擦攪拌を行い、さらに、突合部ＴＷの端部とタブ板７０との突合せ部分（継ぎ目）を超えてタブ板７０上に設けた終了位置Ｐ１’まで連続して摩擦攪拌を行ったうえで、図８（ｂ）に示すように、終了位置Ｐ１’で回転ツールＰを上方に離脱させればよい。

回転ツールＰを回転させつつ突合部ＴＷに沿って移動させると、回転ツールＰと金属との摩擦熱により突合部ＴＷの金属が塑性流動化し、突合部ＴＷが固相接合される。なお、摩擦攪拌の終了位置Ｐ１’は、タブ板７０の適所に設けることができるが、本実施形態では、金属要素Ｗ１，Ｗ２の突合部ＴＷの延長線上に終了位置Ｐ１’を設けている。このようにすると、摩擦攪拌のルートが一直線になり、回転ツールＰの移動距離を最小限に抑えることができるので、熱加工工程を効率よく行うことが可能となり、さらには、回転ツールＰの磨耗量を低減することが可能となる。

回転ツールＰの形態等に特に制限はないが、本実施形態では、図８（ａ）（ｂ）に示すものを使用している。この回転ツールＰは、工具鋼など接合対象よりも硬質の金属材料からなり、円柱状を呈するショルダ部の下端に攪拌ピン（プローブ）Ｐ１が突設されている。ショルダ部の下端面は、塑性流動化した金属を押えて周囲への飛散を防止するように、例えば、凹面状に成形されている。また、攪拌ピンＰ１は、例えば、先細りの円錐台状に成形されている。なお、攪拌ピンＰ１の周面には、螺旋状に刻設された図示しない攪拌翼が形成されている。

回転ツールＰの回転速度および移動速度（送り速度）は、攪拌ピンＰ１の寸法・形状、摩擦攪拌される金属要素Ｗ１，Ｗ２等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、回転速度は１００〜５０００（ｒｐｍ）の範囲内において、移動速度は２０〜２０００（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。また、摩擦攪拌の開始位置への攪拌ピンＰ１の挿入速度（下降速度）および終了位置Ｐ１’からの攪拌ピンＰ１の離脱速度（上昇速度）も、攪拌ピンＰ１の寸法・形状、金属要素Ｗ１，Ｗ２等の材質や肉厚等に応じて設定されるものであるが、多くの場合、それぞれ３０〜６０（ｍｍ／分）の範囲内において設定される。

取外工程では、接合用治具本体Ｈを架台Ｋから取り外す。具体的には、各挟持手段２０の各ナット２９を緩めて各クランプアーム２２による挟持をそれぞれ解除するとともに、押圧手段３０のナット３９を緩めて押圧部材３２による押圧を解除し、さらに、各保持手段４０の各ナット４９を緩めて各クランプアーム４２による締付を解除する。そして、各固定手段５０の各ナット５９を緩めて各クランプアーム５２による拘束を解除する。
そして、この状態から、接合用治具本体Ｈを架台Ｋの前方へスライド移動させ、金属要素Ｗ１，Ｗ２の突合部ＴＷの端部の側方から接合用治具本体Ｈを取り外せばよい。

除去工程では、金属要素Ｗ１，Ｗ２の突合部ＴＷの端部とタブ板７０との境界部分（突合せ部分）を切断、溶断等することで、突合部ＴＷの端部からタブ板７０を取り除き、金属要素Ｗ１，Ｗ２を残置する。

以上のような工程を経ることで、摩擦攪拌の終了位置Ｐ１’が存在しない金属要素Ｗ１，Ｗ２の接合体が形成される。なお、得られた接合体に対して切削、研磨、穴あけ、塗装等を施しても勿論差し支えない。

以上説明した第１実施形態に係る接合用治具によれば、タブ板７０は、押圧手段３０によって突合部ＴＷの端部に押圧された状態で保持されるので、突合部ＴＷの端部の所定位置におけるタブ板７０の設置および保持を簡略かつ確実に行うことができる。
しかも、保持手段４０によって金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部同士が突合部ＴＷへ向けて締め付けられて押圧保持されることとなるので、金属要素Ｗ１，Ｗ２同士の目開きが好適に防止されるようになり、欠陥が生じ難く品質のよい熱加工による接合を実現することができる。

また、接合用治具には、支持部１３との間にタブ板７０を挟持する挟持手段２０が設けられているので、支持部１３に対してタブ板７０が押え付けられて好適に保持されるようになり、支持部１３上におけるタブ板７０の位置ずれ等が抑制されて、タブ板７０を利用した品質のよい熱加工による接合を実現することができる。
特に、摩擦攪拌による熱加工では、押圧手段３０による作用と相俟って、回転ツールＰの強い押し付けにも耐え得る状態にタブ板７０を突合部ＴＷの端部の所定位置に拘束することができ、品質のよい熱加工による接合が得られる。

また、保持手段４０は、金属要素Ｗ１，Ｗ２の中空部Ｓ１，Ｓ２を仕切る仕切部Ｗ３に側方から当接して金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部同士を突合部ＴＷへ向けて締め付けるようになっているので、金属要素Ｗ１，Ｗ２の仕切部Ｗ３を利用して金属要素Ｗ１，Ｗ２同士を締め付けることができ、突合部ＴＷの端部における目開きや目違いを好適に防止することが可能となる。
また、金属要素Ｗ１，Ｗ２の外部表面に保持手段４０を当接させて締め付けを行うときのように、金属要素Ｗ１，Ｗ２の外部表面に擦れ傷等が付く心配がなく、金属要素Ｗ１，Ｗ２の仕上がりが綺麗になる。

また、架台Ｋへの固定手段５０が、金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部側を架台Ｋへ拘束するための拘束手段を兼ね備えているので、固定手段５０を用いて金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部側を架台Ｋへ拘束することができ、金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部側における上下動を好適に防止することができる。また、このような固定手段５０による金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部側の架台Ｋへの拘束は、接合用治具本体Ｈを架台Ｋに固定する際に同時に行うことができるので、作業効率がよいという利点が得られる。

さらに、固定手段５０が、架台Ｋ側に設けられているので、接合用治具本体Ｈの構造の簡略化および重量の軽減を実現することができ、架台Ｋに対する接合用治具本体Ｈの取付作業や取外作業が行い易くなる。

（第２実施形態）
図９は本発明の第２実施形態に係る接合用治具を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図、図１０は接合用治具本体の斜視図、図１１は架台への取付状態を示す斜視図である。

本実施形態の接合用治具が前記第１実施形態と異なるところは、挟持手段８０’が架台Ｋに直接設けられて固定されている点である。
本実施形態で示した金属要素Ｗ１，Ｗ２は、前記第１実施形態で示したものよりも、高さが低くなっており、これに対応させて接合用治具も前記第１実施形態で示したものよりも小型化されている。具体的に、接合用治具本体Ｈは、１本の支柱１の上に基部１０が支持されており、基部１０の上面１０Ａに、タブ板７０を支持するための支持部１３が凹設されている。また、基部１０の前面１０Ｂには、押圧手段３０が設けられ、基部１０の左右側面１０Ｃ，１０Ｃには、保持手段４０がそれぞれ設けられている。さらに、支柱１の前端下部には固定用部材３’が設けられ、この固定用部材３’に固定手段５０のクランプアーム５２の他端部５５が当接されて固定用部材３’を架台Ｋに拘束するようになっている。なお、固定手段５０は、そのクランプアーム５２の一端部５４が、前記第１実施形態と同様に、金属要素Ｗ１，Ｗ２の中空部Ｓ１（図１１参照）に挿入されて、金属要素Ｗ１，Ｗ２の端部を架台Ｋへ拘束するようになっており、拘束機能（拘束手段）を兼ね備えたものとなっている。

基部１０は、図１０に示すように、その上面１０Ａの中央部に支持部１３が凹設されており、この支持部１３の左右には、支持部１３よりも一段高く形成された突出部１１ａ’，１１ａ’が設けられている。また、基部１０の側面１０Ｃ，１０Ｃ（図１０では片側のみ図示）の前端部側には、保持手段４０のクランプアーム４２の他端部４５が支持される支点部１１ｃが上下に亘って突設されている。

挟持手段８０’は、前記第１実施形態で説明したクランプ装置８０と基本的構成が同様であり、架台Ｋ側に設けられている。挟持手段８０’は、架台Ｋに設けられた取付穴Ｋ３（図９（ａ）参照）に螺合固定された支軸８１と、この支軸８１が貫通される長孔８３’を有するクランプアーム８２’と、クランプアーム８２’の他端部８５’側を支持する支持体８６と、ワッシャ８８と、支軸８１に締結されるナット８９と、を備えて構成される。クランプアーム８２’は、一端部８４’側がタブ板７０（図１１参照、以下同じ）の上面に当接される状態に配置され、他端部８５’側が支持体８６上に支持されるように配置される。そして、挟持手段８０’は、そのナット８９を締め付けることで、クランプアーム８２’の他端部８５’と支持体８６との接触部分が支点となって一端部８４’側がタブ板７０の上面に押し付けられるように作用する。これによってタブ板７０が挟持手段８０’で支持部１３へ挟持されるようになっている。

このような第２実施形態に係る接合用時具によれば、挟持手段８０’が、架台Ｋ側に設けられているので、接合用治具本体Ｈの構造の簡略化および重量の軽減を実現することができ、架台Ｋに対する接合用治具本体Ｈの取付作業や取外作業がより一層行い易くなる。

なお、前記した各実施形態における保持手段４０は、基部１０の一方の側面１０Ｃにのみ設けて、金属要素Ｗ１または金属要素Ｗ２を突合部ＴＷへ向けて押圧保持するように構成してもよい。

本発明の第１実施形態に係る接合用治具を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。 同じく分解斜視図である。 （ａ）は拘束工程を説明するための斜視図、（ｂ）は取付工程を説明するための斜視図である。 （ａ）〜（ｃ）は押圧工程における挟持手段の作用を説明するための説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は押圧工程における押圧手段の作用を説明するための説明図である。 押圧工程における押圧手段の作用を説明するための斜視図である。 架台への取付状態を示す斜視図である。 （ａ）（ｂ）は熱加工工程における作用を説明するための説明図である。 本発明の第２実施形態に係る接合用治具を示しており、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は側面図である。 接合用治具本体の斜視図である。 架台への取付状態を示す斜視図である。

符号の説明

１ 支柱
３ 固定用部材
１０ 基部
１０Ａ 上面
１３ 支持部
２０ 挟持手段
２２ クランプアーム
３０ 押圧手段
３２ 押圧部材
４０ 保持手段
４２ クランプアーム
５０ 固定手段
５２ クランプアーム
７０ タブ板
８０ クランプ装置
８０’ 挟持手段
８２ クランプアーム
Ｈ 接合用治具本体
Ｋ 架台
Ｐ 回転ツール
Ｐ１ 攪拌ピン
Ｓ１ 中空部
ＴＷ 突合部
Ｗ１，Ｗ２ 金属要素
Ｗ３ 仕切部

Claims (7)

1. 金属要素同士の突合部の端部にタブ板を配置して熱加工による接合をする際に使用される接合用治具であって、
   前記タブ板を支持する支持部を有するとともに、当該支持部に支持された前記タブ板を前記金属要素へ向けて押圧する押圧手段を備え、
   さらに、前記金属要素の端部を前記突合部へ向けて押圧保持する保持手段を具備したことを特徴とする接合用治具。
2. 前記支持部との間に前記タブ板を挟持する挟持手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の接合用治具。
3. 前記金属要素は、前記金属要素の端部に開口する中空部を備えており、
   前記保持手段は、前記中空部に挿入されるクランプアームを有し、当該クランプアームにより前記金属要素の端部を前記突合部へ向けて押圧保持することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の接合用治具。
4. 前記金属要素が搭載される架台への固定手段を備え、
   前記固定手段が、前記金属要素の前記端部側を前記架台へ拘束するための拘束手段を兼ね備えていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の接合用治具。
5. 前記固定手段は、前記架台に直接設けられていることを特徴とする請求項４に記載の接合用治具。
6. 前記挟持手段は、前記架台に直接設けられていることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の接合用治具。
7. 前記熱加工が、摩擦攪拌であることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の接合用治具。

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