JP5602248B2 - 摩擦攪拌スポット接合装置、その部材支持器、及び摩擦攪拌スポット接合品の製造方法 - Google Patents
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Description
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記被接合部材を支持する部材支持器と、前記部材支持器を支持するフレームと、を備え、
前記部材支持器は、前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、を有し、
前記裏当て片は、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量が、前記受け面が前記基準状態のときの前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下である、ことを特徴とする。
前記裏当て片は、弧を含む曲面が前記支持体に対向する対向面を成してもよい。
前記裏当て片の前記弧の半径と、前記受け面を基準にした該裏当て片の高さとの関係は、以下の条件を満たしてもよい。
前記裏当て片は、球の一部を切り欠いた球冠形状を成し、該球冠形状の平面が前記受け面を成してもよい。
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記被接合部材を支持する部材支持器と、前記部材支持器を支持するフレームと、を備え、
前記部材支持器は、前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、を有し、
前記裏当て片は、断面形状が半円状を成し、半円の弦に相当する面が前記受け面を成し、半円の弧に相当する面が前記支持体に対向する対向面を成す、ことを特徴とする。
前記裏当て片は、半球形状であっても、半円柱形状であってもよい。
前記受け面の最大幅寸法は、前記回転ツールのショルダー部の外径寸法以上であってもよい。
前記支持体は、前記裏当て片の前記対向面と転がり接触する複数のコロを有してもよい。
前記支持体には、前記裏当て片の前記対向面の少なくとも一部が入り込む凹部が形成され、該凹部の内面は、曲面である該対向面に対応した面形状を成し、該対向面と摺接する摺接面を成してもよい。
前記支持体の前記摺接面と前記裏当て片の前記対向面とのうち、一方の面には、両面間と外部との間で冷却媒体を流すための溝が形成されていてもよい。
前記支持体と前記裏当て片の前記対向面との間に、冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段を備えてもよい。
前記冷却媒体供給手段は、前記支持体及び前記裏当て片の外部から、前記支持体と前記裏当て片の前記対向面と間を経て、該支持体内に該外部のガスを吸引してから、該ガスを該支持体外に排気する手段であってもよい。
前記支持体を冷却する支持体冷却手段を備えてもよい。
前記裏当て片と前記支持体とのうち、一方は、磁性体を有し、他方は、該一方の該磁性体を引き寄せる磁石を有してもよい。
前記回転ツールの前記回転中心軸を基準にして対称な複数の位置から、前記被接合部材を前記裏当て片の前記受け面に押付ける押付け手段を備えてもよい。
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合際に、該被接合部材を支持する摩擦攪拌スポット接合用の部材支持器において、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、を有し、
前記裏当て片は、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量が、前記受け面が前記基準状態のときの前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下である、ことを特徴とする。
上記問題点を解決するための発明に係る摩擦攪拌スポット接合品の製造方法は、
前記摩擦攪拌スポット接合装置のいずれかを用いて、前記被接合部材を摩擦攪拌スポット接合することを特徴とする。
上記問題点を解決するための他の発明に係る摩擦攪拌スポット接合品の製造方法は、
被接合部材を摩擦攪拌スポット接合して製造される摩擦攪拌スポット接合品の製造方法において、前記被接合部材を裏当て片の受け面に接触させて、該被接合部材を該裏当て片で支持し、前記裏当て片の前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して該裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持し、回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、前記裏当て片で支持されている前記被接合部材を摩擦攪拌スポット接合し、前記摩擦攪拌スポット接合時には、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量を、前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下にすることを特徴とする。
まず、図1〜図5を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第一実施形態について説明する。
cosθmax=(r−h)/{(r−h)+δ} ・・・・・・・・(数1)
r:裏当て片の半径、h:裏当て片の高さ
この(数1)を位置変化量δで解くと、以下の(数2)が得られる。
δ=(r−h)/cosθmax −(r−h)
=(r−h)×(1−cosθmax)/cosθmax ・・・(数2)
ds≧δ ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(数3)
ds≧(r−h)×(1−cosθmax)/cosθmax ・・(数4)
0.1≧(r−h)×(1−cos30°)/cos30°
r−h≦0.646(mm) ・・・・・・・・・・・・・・・(数5)
次に、図6及び図7を用いて、回転ツールの変形例について説明する。
次に、図8及び図9を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第二実施形態について説明する。
次に、図10及び図11を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第三実施形態について説明する。なお、本実施形態を含め、以下の各実施形態は、いずれも、第一実施形態の摩擦攪拌接合装置の部材支持器30の変形例であり、その他の部分は第一実施形態と基本的に同じであるため、以下では、その他の部分の説明を省略する。また、以下の各実施形態は、以上で述べたように、第一実施形態の摩擦攪拌接合装置の部材支持器30の変形例であるが、第二実施形態の部材支持器に適用してもよいし、以下の各実施形態相互で適宜組み合わせてもよい。
「第四実施形態」
次に、図12を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第四実施形態について説明する。
「第五実施形態」
次に、図13を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第五実施形態について説明する。
「第六実施形態」
次に、図14を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第六実施形態について説明する。
「第七実施形態」
次に、図15を用いて、本発明に係る摩擦攪拌スポット接合装置の第七実施形態について説明する。
Claims (19)
- 回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記被接合部材を支持する部材支持器と、
前記部材支持器を支持するフレームと、
を備え、
前記部材支持器は、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、
前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、
を有し、
前記裏当て片は、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量が、前記受け面が前記基準状態のときの前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項1に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、弧を含む曲面が前記支持体に対向する対向面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項2に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片の前記弧の半径と、前記受け面を基準にした該裏当て片の高さとの関係は、以下の条件を満たす、
条件:前記回転中心軸に垂直な面に対する前記被接合部材の表面の傾斜角度で、摩擦攪拌スポット接合で許容される傾斜角度を最大許容傾斜角度とした場合、該回転中心軸の延長線上に前記裏当て片の対称軸が位置している前記基準状態のときと、該回転中心軸に対して前記裏当て片の対称軸が該最大許容傾斜角を成すときとにおける、前記受け面の前記位置変化量が前記埋め込み寸法以下である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項2又は3に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、球の一部を切り欠いた球冠形状を成し、該球冠形状の平面が前記受け面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合する摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記被接合部材を支持する部材支持器と、
前記部材支持器を支持するフレームと、
を備え、
前記部材支持器は、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、
前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、
を有し、
前記裏当て片は、断面形状が半円状を成し、半円の弦に相当する面が前記受け面を成し、半円の弧に相当する面が前記支持体に対向する対向面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項4又は5に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、半球形状を成している、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項5に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片は、半円柱形状を成している、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項2から7のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記受け面の最大幅寸法は、前記回転ツールのショルダー部の外径寸法以上である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項2から8のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体は、前記裏当て片の前記対向面と転がり接触する複数のコロを有する、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項2から8のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体には、前記裏当て片の前記対向面の少なくとも一部が入り込む凹部が形成され、該凹部の内面は、曲面である該対向面に対応した面形状を成し、該対向面と摺接する摺接面を成す、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項10に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体の前記摺接面と前記裏当て片の前記対向面とのうち、一方の面には、両面間と外部との間で冷却媒体を流すための溝が形成されている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項9から11のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体と前記裏当て片の前記対向面との間に、冷却媒体を供給する冷却媒体供給手段を備えている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項12に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記冷却媒体供給手段は、前記支持体及び前記裏当て片の外部から、前記支持体と前記裏当て片の前記対向面と間を経て、該支持体内に該外部のガスを吸引してから、該ガスを該支持体外に排気する手段である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項1から10のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記支持体を冷却する支持体冷却手段を備えている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項1から14のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記裏当て片と前記支持体とのうち、一方は、磁性体を有し、他方は、該一方の該磁性体を引き寄せる磁石を有している、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 請求項1から15のいずれか一項に記載の摩擦攪拌スポット接合装置において、
前記回転ツールの前記回転中心軸を基準にして対称な複数の位置から、前記被接合部材を前記裏当て片の前記受け面に押付ける押付け手段を備えている、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合装置。 - 回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、被接合部材を摩擦攪拌スポット接合際に、該被接合部材を支持する摩擦攪拌スポット接合用の部材支持器において、
前記被接合部材に接する受け面を有する裏当て片と、
前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して、前記裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持する支持体と、
を有し、
前記裏当て片は、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量が、前記受け面が前記基準状態のときの前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下である、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合用の部材支持器。 - 請求項1から16のいずれか一項に記載の摩擦撹拌スポット接合装置を用いて、前記被接合部材を摩擦撹拌スポット接合することを特徴とする摩擦撹拌スポット接合品の製造方法。
- 被接合部材を摩擦攪拌スポット接合して製造される摩擦攪拌スポット接合品の製造方法において、
前記被接合部材を裏当て片の受け面に接触させて、該被接合部材を該裏当て片で支持し、
前記裏当て片の前記受け面に接している前記被接合部材の傾きに追従して該裏当て片が傾くよう、該裏当て片を支持し、
回転ツールをその回転中心軸回りに回転させつつ、該回転中心軸が延びている方向に移動させて、前記裏当て片で支持されている前記被接合部材を摩擦撹拌スポット接合し、
前記摩擦撹拌スポット接合時には、前記受け面が前記回転中心軸に対して垂直な基準状態のときと、前記被接合部材の傾きに追従して傾いたときとにおける、該回転中心軸の延長線上の該受け面の位置変化量を、前記受け面が前記基準状態のときの前記回転ツールのショルダー部の前記被接合部材に対する予め定めた埋め込み寸法以下にする、
ことを特徴とする摩擦攪拌スポット接合品の製造方法。
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