JP5038070B2 - 摩擦攪拌接合装置 - Google Patents
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Description
自走ガントリー式の摩擦攪拌接合装置は、被接合物を跨ぐ門形フレームと、この門形フレームの下端部の1対の自走用脚部と、これら自走用脚部を案内する1対のレールとを有する自走ガントリー装置と、その門形フレームに装備された1又は複数の摩擦接合ツールとで構成されている。この摩擦攪拌接合装置では、自走ガントリー装置を自走させながら、1又は複数の摩擦接合ツールを被接合部に沿って移動させつつ摩擦攪拌接合を行う。
前記特許文献2に記載の摩擦攪拌接合装置は、高さの大きなL形枠と、上案内レールとを設けるため、大型の専用の装置となり、設備費が高価になり、汎用性に欠け、広い設置スペースも必要であるため設備費の面で不利である。
上記の対抗力発生手段や対抗モーメント発生手段は、比較的簡単な構成のもので構成可能であり、自走車体を主体として構成することができるため、全体として小型且つ簡単な構成の摩擦攪拌接合装置を実現することができる。
複数の縦向きの被接合物からなる側壁部の被接合部を接合できるので、汎用性に優れるうえ、被接合物の姿勢を変換したりする必要もないので有利である。
図1〜図3に示すように、摩擦攪拌接合装置1は、被接合物40,41の側方近傍部を被接合部42に沿って摩擦接合ツール3が移動するように自走可能に構成された自走車体2と、側壁部と直交状の横向姿勢の摩擦接合ツール3を保持する円筒状のツール保持部6と、ツール保持部6を基準軸線回りに回転駆動するサーボモータ7(回転駆動手段)と、ツール保持部6を基準軸線に沿って変位駆動するエアシリンダ8,9(変位駆動手段)と、被接合物40の側壁部の表面に吸着可能な吸着パッド14と、吸着パッド14に作用させる負圧を発生させる真空ポンプ37(負圧発生手段)と、制御ユニット21とを備えている。尚、基準軸線は、ツール保持部6に摩擦接合ツール3が装着された状態で摩擦接合ツール3と同軸となる軸線である。
摩擦接合ツール3が、図5の矢印に示す方向、つまり、左方から視て時計回りに回転しつつ、被接合部42に押圧された状態で前方に移動すると、摩擦接合ツール3に対して、反力F1に加えて、摩擦接合ツール3の回転によって生じる基準軸線と走行方向に垂直且つ鉛直下向きの接合反力F3と、走行方向と逆向きの接合方向反力F4とが作用する。
反力F1は、ツール保持部6と摩擦接合ツール3が被接合部42を押圧する押圧力と同じ力で且つ方向が逆向きの力である。尚、板厚が5mmの場合、押圧力は例えば500kgfに設定され反力F1は500kgfである。
図4に示すように、前記転倒モーメントM1は、M1=F1×L1である。但し、L1はフロア面47からツール保持部6までの距離である。
ここで、図4に示すように、対抗モーメント発生機構18により発生させる対抗モーメントM2は、対抗モーメントM2=W×L0+F2×L2となる。
図6に示すように、制御ユニット21は、CPUとROMとRAMとを含むマイクロコンピュータと、入力インターフェースと、出力インターフェース等を有する。入力インターフェースには、摩擦攪拌接合装置1に対して種々の指令を入力する為の操作部20と、ツール保持部6の右方への変位量を検出する検出機構37が接続されている。出力インターフェースには、サーボモータ7と、エアシリンダ8,9に接続されるSOLバルブ28,29と、走行用モータ10,11と、吸着パッド14に接続されるSOLバルブ30が駆動回路22〜27を介して夫々電気的に接続されている。
図1、図4に示すように、この摩擦攪拌接合装置1では、摩擦接合ツール3を保持したツール保持部6を横向姿勢の基準軸線回りに回転させながらエアシリンダ8,9によりツール保持部6を基準軸線に沿って右方に変位させて、被接合部42に摩擦接合ツール3のピン部5を没入させ、被接合部42の軟化が進行するのに応じて本体部4も没入させる。この状態で、2枚の被接合物40,41が突合わされた被接合部42に沿って自走車体2が走行することにより、被接合部42が摩擦熱で軟化し塑性流動することで被接合部42が接合される。
さらに、自走車体2とその装備品の自重W及び鉛直下向きに発生する接合反力F3によって対抗モーメントM2の一部を発生するように構成したので、対抗モーメント発生機構18の小型化、簡単化を図ることができる。
図7に示すように、この摩擦攪拌接合装置1Aにおいては、対抗力発生機構35と対抗モーメント発生機構36の構成において前記実施例と異なっている。
自走車体2が自走する自走路を構成するフロア面47に被接合部42と平行に固定されたガイド部材31と、自走車体2に装備されてガイド部材31に係合する2対の被ガイド輪33,34とを有し、ガイド部材31と被ガイド輪33,34とで対抗力発生機構35と対抗モーメント発生機構36とが構成されている。
1]図8に示すように、摩擦攪拌接合装置1Bによって自走車体2を傾斜させた状態で被接合部42に沿って走行させて被接合部42を接合してもよい。
この場合、被接合部42と平行且つ被接合部42よりも長い寸法の傾斜台48をフロア面47に設置し、さらに、取付ブラケット39の先端部にヒンジ部39aを設けて、このヒンジ部39aに吸着パッド14を連結することで、吸着パッド14の角度が変更可能に構成されている。このように、接合時に自走車体2が傾斜台48の上面を走行する場合に、被接合物40の側壁部の表面に対して平行になるように吸着パッド14の角度を調整することで、側壁部の表面に吸着パッド14を確実に吸着させることができ、安定した状態で接合することができる。
この場合、保持冶具43を挟んで左側に被接合物40,41、右側に被接合物70,71を突合わせて固定した後、実施例1の摩擦攪拌接合装置1を被接合部42の左側に配置する。さらに、自走車体2の左側部から左方に突出した状態でツール保持部6を装備した摩擦攪拌接合装置1を被接合部72の右側に配置した後、2台の自走車体2を同時に、被接合部42と被接合部72に沿って夫々走行させて接合する。
このとき、被接合物40,41を接合する左側の装置のツール回転方向を、左方から視て時計回りに、一方被接合物70,71を接合する右側の装置のツール回転方向を、右方から視て反時計回りに回転させることで、鉛直下向きの接合反力F3を夫々発生させて、対抗モーメントM2を夫々増加させることができる。
5〕実施例2において、前側車輪12又は後側車輪12の何れかに1対の被ガイド輪33,34を設けてもよいし、固定部材32を設けずに1つの被ガイド輪34のみを設けてもよい。
図11に示すように、ダブルスキン構造のアルミ合金板で構成される車体60では、側部構体61の被接合部62〜68などが摩擦攪拌接合装置1により接合される。
7〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
2 自走車体
6 ツール保持部
7 サーボモータ
8,9 エアシリンダ
14 吸着パッド
17,35 対抗力発生機構
18,36 対抗モーメント発生機構
31 ガイド部材
33,34 被ガイド輪
Claims (7)
- 側壁部をなす複数の被接合物の端部同士を突き合わせた水平方向に延びる被接合部を、前記側壁部と直交状の横向姿勢の摩擦接合ツールによって摩擦攪拌して被接合部を接合する摩擦攪拌接合装置において、
前記被接合部に沿って前記摩擦接合ツールが移動するように自走可能に構成された自走車体と、
前記自走車体に前記側壁部と直交状の横向姿勢の基準軸線回りに回転自在に前記摩擦接合ツールを保持するツール保持部と、
前記自走車体に装備され且つ前記ツール保持部を前記基準軸線回りに回転駆動する回転駆動手段と、
前記自走車体に装備され且つ前記ツール保持部を前記基準軸線に沿って変位駆動する変位駆動手段と、
前記変位駆動手段により前記ツール保持部と前記摩擦接合ツールから前記被接合部に作用させる押圧力の反力に抗する対抗力を発生させる対抗力発生手段と、
前記押圧力の反力によって前記自走車体に作用する転倒モーメントに抗する対抗モーメントを発生させる対抗モーメント発生手段と、
を備えたことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 前記対抗力発生手段は、前記側壁部の表面に吸着可能な吸着パッドと、この吸着パッドに負圧を作用させる負圧発生手段とを有することを特徴とする請求項1に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記対抗力発生手段は、前記自走車体が自走する自走路を構成するフロア面に固定されたガイド部材と、前記自走車体に装備されてガイド部材に係合する1又は複数の被ガイド輪とを有することを特徴とする請求項1に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記対抗モーメント発生手段は、前記吸着パッドと、前記負圧発生手段とを有することを特徴とする請求項2に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記対抗モーメント発生手段は、前記ガイド部材と、前記1又は複数の被ガイド輪とを有することを特徴とする請求項3に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記対抗モーメント発生手段は、前記自走車体とその装備品の自重及び鉛直下向きに発生する接合反力によって前記対抗モーメントの一部を発生するように構成されたことを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の摩擦攪拌接合装置。
- 前記自走車体は、前記自走車体を基準にして、被接合物側の2個の内側車輪と、被接合物側とは反対側の2個の外側車輪とを有し、前記対抗力発生手段は、外側車輪よりも内側車輪を小径に構成することにより前記対抗力の一部を発生させるように構成されたことを特徴とする請求項1又は2に記載の摩擦攪拌接合装置。
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