JP5713664B2 - 摩擦攪拌接合装置 - Google Patents

Description

本発明は、互いに接合しようとする被接合部材の被接合箇所を攪拌して摩擦熱により被接合箇所の母材組織を塑性流動させ、その冷却後に母材組織を一体化させて接合を行う摩擦攪拌接合装置に関する。

従来の摩擦攪拌接合装置としては、被接合部材同士の被接合箇所に、回転ツールの先端に設けたピンを押圧・回転させながら被接合部材に対し相対移動させることで発生した摩擦熱を利用して、被接合部材の被接合箇所を塑性流動させて被接合箇所を接合するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来の摩擦攪拌接合装置は、回転ツールをこの軸心が略垂直方向になるように配置される、いわゆる縦型のものがよく用いられる。この型式のものにあっては、一方の被接合部材を回転可能にその外周面に接触して保持するローラがピンの接合箇所より下に位置し、かつ被接合部材のほぼすべての被接合箇所はピンが押圧されている被接合箇所よりも下側にも位置するので、摩擦攪拌接合中に被接合部材の被接合箇所から発生した接合くずが被接合部材に付着したり、あるいはピンで押圧されている被接合箇所より下方へ落下してローラの外表面上にくっついたりすることがある。これらの接合くずにより、被接合部材の接合不良や打痕が付くなどの不具合が発生しやすい。
そこで、回転ツールをこれらの軸心が水平面上にあるようにした、いわゆる横型のものが用いられることもある。この横型の場合、被接合部材やこれを支持するローラはピンが押圧している被接合箇所から横方向の位置にあるので、落下する接合くずがそれらに付着しにくくなり、上記不具合は軽減できるようになる。

特開２０００−１５８１５３号公報

しかしながら、上記従来の横型の摩擦攪拌接合装置にあっては、上記下方に落下する接合くずに対しては対策可能なものの、摩擦攪拌接合中に被接合箇所から発生した接合くずが横方向に伸び、ピンで押圧している接合箇所の側方に配置されて回転している回転ツールに巻き付いてしまうといった不具合が生じることがある。これらの接合くずはエアを吹き付けても容易に除去できない。

本発明の目的は、上記不具合に鑑みなされたもので、その目的は横型の摩擦攪拌接合装置において、摩擦攪拌接合中に被接合部材の被接合箇所から発生する接合くずが、回転ツールに巻き付くといった上記不具合を解決できる摩擦攪拌接合装置を提供することにある。

この目的のため、請求項１に記載の本発明による摩擦攪拌接合装置は、
円筒体となる一対の被接合部材同士の円周状の被接合箇所に押圧可能なピンを先端部に有し、軸心が水平面上で回転可能でかつ前記軸心に沿って進退可能な回転ツールと、
前記被接合部材の半径方向外側に複数個配置されて前記被接合部材の外周面に当接し、前記被接合部材を、該軸心が水平面上で回転可能となるように支持するワーク受けローラと、
前記被接合部材を前記軸心まわりに回転させる回転手段と、
を備え、
前記ピンを前記被接合部材同士の被接合箇所に挿入した状態で回転させながらこれらを相対移動させることにより発生した摩擦熱で前記被接合部材の被接合箇所を塑性流動させて該被接合箇所を接合する摩擦攪拌接合装置において、
前記回転ツールが回転可能に貫通可能な貫通孔を有し前記被接合部材の外側に板状で垂直方向に延びる巻き付き防止面が配置され、摩擦攪拌接合時に前記被接合部材の被接合箇所から発生する接合くずが前記巻き付き防止面に当接することにより該接合くずが前記回転ツールの軸心に沿って伸びるのを阻止する巻き付き防止手段を備えた、
構成とする。

請求項２に記載の本発明による摩擦攪拌接合装置は、請求項１の発明にあって、巻き付き防止手段が被接合箇所から一定距離離れた位置に保持されている、ことを特徴とする。

請求項３に記載の本発明による摩擦攪拌接合装置は、請求項１または２の発明にあって、巻き付き防止手段が、回転ツールの移動に伴って回転ツールと一体的に移動する、ことを特徴とする

請求項１に記載の発明にあっては、回転ツールが貫通可能に被接合部材の外側に配置され、摩擦攪拌接合時に被接合部材の被接合箇所から発生する接合くずの回転ツールへの巻き付きを防止する巻き付き防止手段を設けたので、回筒体となる被接合部材を水平面でその軸心回りに回転させながら、水辺面上で軸心が回転する回転ツールにより、円周状になる被接合部材の接合箇所を摩擦撹拌溶接する、いわゆる横型の摩擦撹拌接合装置であっても、摩擦攪拌接合中に発生した接合くずが回転ツールに巻き付くのを抑制することができる。
しかもこの場合、切り離された接合くずが落下して接合箇所近くに配置されるローラの外表面に付着して被接合部材の接合不良や被接合部材に打痕がつくといった不具合をなくすことができる。
また、巻き付き防止手段を、接合くずに当接することにより接合くずが回転ツールの軸心に沿って伸びるのを阻止する巻き付き防止面で構成したので、簡単、安価な構成とすることができる。

請求項２に記載の発明にあっては、被接合部材が円筒体であるので、回転ツールは円筒体の軸心から一定の距離に保持すればよく、したがって巻き付き防止手段も被接合箇所から一定距離離れた位置に保持すればよい。この場合、巻き付き防止手段の取り付け箇所は装置の非移動部位であればよく安価かつ容易に巻き付き防止手段を設けることができる。

請求項３に記載の発明にあっては、巻き付き防止手段が、回転ツールの移動に伴って回転ツールと一体的に移動するので、回転ツールが被接合箇所の形状に応じて前後および上下左右方向に移動する場合であっても、常に最適一を確保でき確実に接合くずの巻き付けを防止することができる。すなわち、被接合部材が円筒体でなくとも適用できる。

本発明の実施例１の摩擦攪拌接合装置を示す平面図である。 図１のＳ２−Ｓ２線における拡大縦断面図である。 本発明の実施例１の摩擦攪拌接合装置による摩擦攪拌接合作業中の状態を示す平面図である。 図３のＳ４−Ｓ４線における拡大縦断面図である。

以下、本発明の実施の形態を、図面に示す実施例に基づき詳細に説明する。

まず、実施例１の摩擦攪拌接合装置の全体構成を説明する。
なお、この実施例１の摩擦攪拌接合装置は、回転ツールをこれらの軸心が水平面上にあるようにした、いわゆる横型のもので、図１に示すように、一対の被接合部材として円筒状タンク（本発明の円筒体に相当）１における一端を閉塞したタンク本体１ａの開口部に蓋体１ｂを摩擦攪拌接合して閉塞する場合を例にとって説明する。

この実施例１の摩擦攪拌接合装置は、図１、２に示すように、タンク本体１ａの開口端部付近の外周面に当接し、タンク本体１ａをこの軸心が水平面上で回転可能に支持する３つのワーク受けローラ２と、タンク本体１ａの芯出しをした状態でタンク本体１ａの閉塞側端部を回転自在に支持するセンター出し治具３と、タンク本体１ａの開口端部に予め仮止めされた蓋体１ｂをチャック装置４で挟持して円筒状タンク１を軸心Ｑまわりに回転させる電動モータ（本発明の回転手段に相当）５と、回転ツール６と、接合くずＤの巻き付き防止手段７と、を備えている。なお、ワーク受けローラ２は、３個に限らず１個でも２個以上でもよい。

回転ツール６は、これより小径で先端部に一体に設けられたピン６ａを、タンク本体１ａと蓋体１ｂの被接合箇所Ｐに対し、その側面から水平面上で押圧しながら、回転ツール６を介してピン６ａを電動モータ６ａで高速回転させながら円筒状タンク１を回転（回転ツール６との相対移動）させることにより、発生した摩擦熱で円筒状タンク１の被接合箇所Ｐを塑性流動させて該被接合箇所Ｐを接合する。
すなわち、この実施例１では、回転ツール６は、一定の高さ位置に固定された状態でその軸心方向（水平方向）に進退可能かつ回転可能な状態に設けられている。なお、回転ツール６の軸心方向の進退は、図示しない電気モータにて行う。

巻き付き防止手段７は、タンク本体１ａと蓋体１ｂの摩擦攪拌接合時に被接合箇所から発生する接合くずＤ(図３、４を参照)の回転ツール６への巻き付きを防止する役目をなす。
すなわち、この巻き付き防止手段７は、この実施例１では、板状でほぼ垂直な巻き付き防止面７ｃを有し、円筒状タンク１の被接合箇所Ｐと回転ツール６との間に、被接合箇所から所定の隙間Ｗを有して配置されている。
そして、この巻き付き防止手段７の巻き付き防止面７ｃには、回転ツール６がスムーズに貫通可能でかつ回転に支障のない程度でできるだけ小さな径の貫通穴７ａが設けられることにより、図３、４に示すように、回転ツール６がこの貫通穴７ａを貫通してピン６ａを被接合箇所Ｐに押圧しながら回転可能となっている。
また、この巻き付き防止手段７は、その下端の水平片７ｂを基台８にボルトなどで固定されることにより、一定の高さ、かつ被接合箇所Ｐから一定距離離れた位置に固定されている。

次に、この実施例１の摩擦攪拌接合装置の作用を説明する。
この実施例１の摩擦攪拌接合装置では、上述のように構成されるため、図１、２に示すように、円筒状タンク１は、タンク本体１ａの開口端部に蓋体１ｂを予め仮止めした状態で、タンク本体１ａの閉塞側端部をセンター出し治具３で回転自在に支持する一方、蓋体１ｂをチャック装置４で挟持するとともに、タンク本体１ａの開口端部付近を３つのワーク受けローラ２で回転自在に支持した状態でセットされる。

次に、図３、４に示すように、回転ツール６を軸方向に進め、巻き付き防止手段７に設けられた貫通穴７ａを貫通して先端のピン６ａをタンク本体１ａと蓋体１ｂの被接合箇所Ｐに対し、その側面から押圧する。
そして、この状態で電動モータ６ａを駆動して回転ツール６およびピン６ａを高速回転させながら、電動モータ５を駆動して円筒状タンク１を回転（回転ツール６との相対移動）させていくことにより、発生した摩擦熱で円筒状タンク１の被接合箇Ｐを塑性流動させ、これにより被接合箇所Ｐを摩擦攪拌接合する。

また、摩擦攪拌接合中に被接合箇所から発生した接合くずＤが側方に伸びていくが、この場合、被接合箇所Ｐの側方に配置された回転ツール６が回転しているのでこれに巻き付こうとする。しかしながら、接合くずＤが巻き付き防止手段７の巻き付き防止面７ｃの貫通穴７ａの開口縁部等に当接することで回転ツール６から順次折り取られて下方へ落下して行く。これにより、摩擦攪拌接合中の接合くずＤが回転ツール６に伸びて行って巻き付くのが抑止される。

以上のように、実施例１の摩擦攪拌接合装置にあっては、以下の効果を得ることができる。
(1) 本実施例の摩擦攪拌接合装置にあっては、回転ツール６が貫通可能に円筒状タンク１の側方に配置され、摩擦攪拌接合時に円筒状タンク１の被接合箇所Ｐから発生する接合くずＤの回転ツール６への巻き付きを防止する巻き付き防止手段７を設けたので、摩擦攪拌接合中の接合くずＤが回転ツール６に巻き付くといった不具合を解決することができる。

(2) また、本実施例の摩擦攪拌接合装置にあっては、巻き付き防止手段７を巻き付き防止面７ｃを有する構成としたので、安価かつ容易に巻き付き防止手段７を得ることができる。

(3) また、本実施例の摩擦攪拌接合装置にあっては、円筒状タンク１を水平状態で回転可能に配置し、回転ツール６を巻き付き防止手段７を貫通した一定の高さで被接合箇所Ｐから一定距離離れた位置に固定可能とすることで、被接合部材が円筒体である場合に、この円周方向に沿って用意かつ安価に摩擦攪拌接合することが可能になる。

以上、本発明を上記各実施例に基づき説明してきたが、本発明はこれらの実施例に限られず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で設計変更等があった場合でも、本発明に含まれる。

たとえば、巻き付き防止手段７を回転ツール６の進退および上下左右方向の移動に同期させて、回転ツール６の一体的に移動可能とすることで、被接合部材が円等体ではなくこの被接合箇所Ｐが非円形の場合であっても、上記実施例同様に摩擦各版接合を行うことができる。この場合、巻き付き防止手段７は、回転ツール６を進退させる部材に固定するのが望ましい。

１ 円筒状タンク（被接合部材）
１ａ タンク本体
１ｂ 蓋体
２ ワーク受けローラ
３ センター出し治具
４ チャック装置
５ 電動モータ（回転手段）
６ 回転ツール
６ａ ピン
７ 巻き付き防止手段
７ａ 貫通穴
７ｂ 水平片
７ｃ 巻き付き防止面
８ 基台
Ｄ 接合くず
Ｐ 被接合箇所
Ｑ 軸心
Ｗ 所定隙間

Claims (3)

1. 円筒体となる一対の被接合部材同士の円周状の被接合箇所に押圧可能なピンを先端部に有し、軸心が水平面上で回転可能でかつ前記軸心に沿って進退可能な回転ツールと、
   前記被接合部材の半径方向外側に複数個配置されて前記被接合部材の外周面に当接し、前記被接合部材を、該軸心が水平面上で回転可能となるように支持するワーク受けローラと、
   前記被接合部材を前記軸心まわりに回転させる回転手段と、
   を備え、
   前記ピンを前記被接合部材同士の被接合箇所に挿入した状態で回転させながらこれらを相対移動させることにより発生した摩擦熱で前記被接合部材の被接合箇所を塑性流動させて該被接合箇所を接合する摩擦攪拌接合装置において、
   前記回転ツールが回転可能に貫通可能な貫通孔を有し前記被接合部材の外側に板状で垂直方向に延びる巻き付き防止面が配置され、摩擦攪拌接合時に前記被接合部材の被接合箇所から発生する接合くずが前記巻き付き防止面に当接することにより該接合くずが前記回転ツールの軸心に沿って伸びるのを阻止する巻き付き防止手段を備えた、
   ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
2. 請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置において、
   前記巻き付き防止手段は前記被接合箇所から一定距離離れた位置に保持されている、
   ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の摩擦攪拌接合装置において、
   前記巻き付き防止手段は、前記回転ツールの移動に伴って該回転ツールと一体的に移動する、
   ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。

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