JP5987398B2 - Friction stir welding equipment - Google Patents

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Description

本発明は、ワークの摩擦撹拌接合に用いる摩擦撹拌接合装置に関するものである。   The present invention relates to a friction stir welding apparatus used for workpiece friction stir welding.

摩擦撹拌接合は、摩擦撹拌接合ツールに装備されたプローブ(棒状突起物、ピン)を、ワークの接合部に回転させながら押し付けてワーク内に没入させて、該ワークの接合部に摩擦熱を発生させて該接合部を軟化させると共に、上記プローブの回転力により、該プローブの周囲にワークの素材の塑性流動領域を形成させて撹拌混合して、複数のワークを一体に接合する手法である。   In friction stir welding, the probe (rod-like protrusion, pin) equipped on the friction stir welding tool is pressed against the workpiece joint while rotating and immersed in the workpiece, and friction heat is generated at the workpiece joint. In this method, the joint is softened and a plastic flow region of the workpiece material is formed around the probe by the rotational force of the probe, and agitated and mixed to integrally join a plurality of workpieces.

摩擦撹拌接合に用いる摩擦撹拌接合ツールは、上記ワークの接合部に没入させるためのプローブの基端側に、該プローブよりも大径としてワークの接合部近傍の表面に接触させるためのショルダーを一体に設けた形式のものが主として用いられていた。   The friction stir welding tool used for friction stir welding is integrated with a shoulder for contacting the surface of the workpiece in the vicinity of the workpiece with a larger diameter than the probe on the proximal end side of the probe for immersing the workpiece in the joint. The type provided in was mainly used.

又、上記のような摩擦撹拌接合ツールの他の形式としては、プローブとショルダーを別体として、該ショルダーを、プローブの外周に軸心方向に移動可能(進退自在)に配置すると共に、該ショルダーとプローブを、該ショルダーをプローブの先端方向へ付勢する圧縮コイルばねの如き弾性体を介して連結した構成としたものが従来提案されている。かかる構成を備えた摩擦撹拌接合ツールによれば、接合終了時には、上記プローブと一緒に回転するショルダーをワークの表面に接触させた状態で、上記プローブを軸心方向に徐々に退出させて、該プローブの接合部への挿入深さを徐々に減少させるようにすることで、ワークの接合終端部に、凹部や孔を残存させないようにすることができるとされている(たとえば、特許文献1参照)。   As another type of the friction stir welding tool as described above, the probe and the shoulder are separated, and the shoulder is arranged on the outer periphery of the probe so as to be movable in the axial direction (movable forward and backward). In the related art, the probe and the probe are connected via an elastic body such as a compression coil spring that urges the shoulder toward the tip of the probe. According to the friction stir welding tool having such a configuration, at the end of joining, the probe is gradually withdrawn in the axial direction in a state where the shoulder rotating together with the probe is in contact with the surface of the workpiece, By gradually decreasing the insertion depth of the probe into the joint, it is possible to prevent a recess or a hole from remaining at the joint end of the workpiece (see, for example, Patent Document 1). ).

更に、プローブと、該プローブよりも大径のショルダーを備えた摩擦撹拌接合ツールにおいて、ショルダーを、ワークに対して回転しない固定式(不回転)のショルダーとする考えが従来提案されている(たとえば、特許文献2参照)。   Further, in a friction stir welding tool having a probe and a shoulder having a diameter larger than that of the probe, there has been conventionally proposed an idea that the shoulder is a fixed (non-rotating) shoulder that does not rotate with respect to the workpiece (for example, , See Patent Document 2).

ところで、摩擦撹拌接合は、当初、ワークの接合部が平坦な場合に適用されていたが、近年、ワークのすみ肉の接合について摩擦撹拌接合を適用することが提案されてきている(たとえば、特許文献3参照)。   By the way, although friction stir welding was originally applied when the joint part of a workpiece | work was flat, applying friction stir welding about the joining of the fillet of a workpiece | work has been proposed in recent years (for example, patent) Reference 3).

特許第3045682号公報Japanese Patent No. 3045682 特表2009−537325号公報Special table 2009-537325 gazette 特許第4240579号公報Japanese Patent No. 4240579

ところが、特許文献2に示された固定式のショルダーを備えてなる形式の摩擦撹拌接合ツールは、上記プローブと固定式のショルダーが一緒に上下動するようにしてあると共に、上記プローブのワークに対する押し付けに伴って、上記固定式のショルダーがワークに対して押し付けられるようにしてある。   However, in the friction stir welding tool of the type having a fixed shoulder shown in Patent Document 2, the probe and the fixed shoulder are moved up and down together, and the probe is pressed against the workpiece. Accordingly, the fixed shoulder is pressed against the work.

又、上記特許文献3に示されたワークのすみ肉の接合に摩擦撹拌接合を適用する手法は、プローブ(プローブ本体)と、該プローブの基端側の外周に配置した固定式(不回転)のショルダー(押さえブロック)とからなる摩擦撹拌接合ツールを用いるようにしてあり、この特許文献3に示された摩擦撹拌接合ツールにおいても、上記特許文献2に示されたものと同様に、上記プローブと固定式のショルダーが一緒に上下動するようにしてあると共に、上記プローブのワークに対する押し付けに伴って、上記ショルダーがワークに対して押し付けられる構成となっている。   Further, the technique of applying friction stir welding to the joining of the fillet of the workpiece shown in Patent Document 3 is a probe (probe main body) and a fixed type (non-rotating) arranged on the outer periphery of the base end side of the probe. A friction stir welding tool comprising a shoulder (pressing block) is used. In the friction stir welding tool disclosed in Patent Document 3, the probe described above is used in the same manner as that disclosed in Patent Document 2. And the fixed shoulder move up and down together, and the shoulder is pressed against the work as the probe is pressed against the work.

そのために、上記特許文献2、3に示されたような従来の固定式のショルダーを備えた形式の摩擦撹拌接合ツールでは、以下のような問題が生じる。   Therefore, in the friction stir welding tool of the type having a conventional fixed shoulder as shown in Patent Documents 2 and 3, the following problems occur.

すなわち、上記プローブをワークに没入させるのは、ワークの接合部で軟化させたワークの素材を撹拌するためであり、一方、上記固定式のショルダーをワークの表面に押し付けるのは、上記ワークの接合部でプローブによって撹拌される軟化したワークの素材が外にはみ出さないように該ワークの面を押して成形するためである。したがって、上記プローブをワークに対して押し付けることと、上記固定式のショルダーをワークに対して押し付けることでは、目的が全く異なり、それぞれの目的に応じた適正な押し圧は相違する。
しかし、上記特許文献2、3に示されたものでは、上記プローブの押し圧と、上記固定式のショルダーの押し圧の双方を共に適正に設定することは困難である。
That is, the probe is immersed in the workpiece in order to stir the material of the workpiece softened at the workpiece joint, while the fixed shoulder is pressed against the surface of the workpiece. This is because the surface of the workpiece is pressed and molded so that the material of the softened workpiece stirred by the probe does not protrude outside. Therefore, the purpose is completely different between pressing the probe against the workpiece and pressing the fixed shoulder against the workpiece, and the appropriate pressing pressure according to each purpose is different.
However, in the ones disclosed in Patent Documents 2 and 3, it is difficult to properly set both the pressing force of the probe and the pressing force of the fixed shoulder.

更に、上記特許文献2、3に示された摩擦撹拌接合ツールは、プローブと、上記固定式のショルダーとの高さ方向(プローブの軸心方向)の位置関係が不変であるため、ワークの摩擦撹拌接合の施工に必要な力(押し圧)と位置とのバランスをとる必要があり、施工裕度が小さくなってしまう。   Further, in the friction stir welding tool shown in Patent Documents 2 and 3, since the positional relationship between the probe and the fixed shoulder in the height direction (the axial direction of the probe) is invariant, the friction of the workpiece It is necessary to balance the force (pressing pressure) necessary for the construction of the stir welding and the position, and the construction margin is reduced.

しかも、ワークの厚みの全体に亘って良好な摩擦撹拌接合を実施するためには、該ワークの厚みに応じて、該ワークに対して没入させるプローブの没入量(摩擦撹拌高さ)を変化させる必要がある。しかし、特許文献2、3に示された摩擦撹拌接合ツールは、上記したように、プローブと固定式のショルダーとの高さ方向の位置関係が不変であるため、1つの摩擦撹拌接合ツールで、プローブのワークに対する没入量を増減させる場合は、固定式のショルダーのワークに対する押し圧の大幅な増減を伴うようになる。そのため、厚みの異なるワークの摩擦撹拌接合を行うためには、それぞれのワークの厚みに応じた別の摩擦撹拌接合ツールを用意する必要が生じてしまう。   And in order to implement favorable friction stir welding over the whole thickness of the workpiece, the amount of immersion of the probe (friction stirring height) to be immersed in the workpiece is changed according to the thickness of the workpiece. There is a need. However, in the friction stir welding tool shown in Patent Documents 2 and 3, as described above, since the positional relationship in the height direction between the probe and the fixed shoulder is unchanged, one friction stir welding tool is used. When the amount of immersion of the probe with respect to the workpiece is increased or decreased, the pressing force with respect to the fixed shoulder workpiece is significantly increased or decreased. Therefore, in order to perform friction stir welding of workpieces having different thicknesses, it is necessary to prepare another friction stir welding tool corresponding to the thickness of each workpiece.

なお、特許文献1に示されたものは、ワークの接合終端部に凹部や孔を残存させないようにするという目的を達成するために、摩擦撹拌接合ツールのプローブをワークより引き抜くときには、ショルダー(回転子)は回転させたままワークの表面に接触させた状態を維持することが必要とされる。したがって、上記特許文献1に示されたものは、上記ショルダーは回転式とすることが必須であるため、固定式のショルダーを備えた形式の摩擦撹拌接合ツールに適用できるものではなく、よって、上記したような従来の固定式のショルダーを備えた形式の摩擦撹拌接合ツールで生じる問題の解決手段が何ら示唆されるものではない。   In addition, what is shown in Patent Document 1 is that when the probe of the friction stir welding tool is pulled out from the workpiece in order to achieve the purpose of preventing the concave portion and the hole from remaining at the joining end portion of the workpiece, The child is required to maintain the state of being in contact with the surface of the work while being rotated. Therefore, the one disclosed in Patent Document 1 is not applicable to a friction stir welding tool of a type having a fixed shoulder because the shoulder is essential to be a rotary type. There is no suggestion of a solution to the problems caused by the conventional friction stir welding tool having a fixed shoulder.

そこで、本発明は、プローブと固定式のショルダーを備えた形式の摩擦撹拌接合ツールを用いてワークの摩擦撹拌接合を行う際に、該摩擦撹拌接合ツールにおけるプローブの押し圧及び位置と、固定式のショルダーの押し圧及び位置とをそれぞれ適正に設定することができて、プローブの没入によるワーク内部の撹拌と、固定式のショルダーによるワークの面の成形とを効率よく且つ良好に行うことができる摩擦撹拌接合装置を提供しようとするものである。   Therefore, the present invention provides a pressing force and position of a probe in the friction stir welding tool when a workpiece is friction stir welded using a friction stir welding tool of the type having a probe and a fixed shoulder, and a fixed type. The pressure and position of the shoulder can be set appropriately, and stirring inside the workpiece by immersing the probe and molding of the surface of the workpiece by the fixed shoulder can be performed efficiently and satisfactorily. An object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus.

本発明は、上記課題を解決するために、請求項1に対応して、主軸ユニットの回転駆動軸の先端部に基端側を接続したプローブと、上記プローブ及び回転駆動軸を挿通させるためのプローブ挿通孔を備えて上記プローブの基端側及び上記回転駆動軸の先端側の外周に配置した固定式ショルダーとからなる摩擦撹拌接合ツールと、上記固定式ショルダーを、上記プローブ挿通孔より上記プローブが突出している状態で、上記プローブの軸心方向に沿う方向に移動可能に支持するためのガイド手段と、上記固定式ショルダーを、上記プローブの基端側から先端側となる向きに付勢するための弾性部材と、を備えてなる構成を有する摩擦撹拌接合装置とする。 In order to solve the above-mentioned problem, the present invention, corresponding to claim 1, is a probe having a proximal end connected to the distal end portion of the rotational drive shaft of the main spindle unit, and for inserting the probe and the rotational drive shaft. A friction stir welding tool comprising a fixed shoulder provided with a probe insertion hole and arranged on the outer periphery of the proximal end side of the probe and the distal end side of the rotary drive shaft, and the fixed shoulder from the probe insertion hole to the probe The guide means for supporting the probe movably in a direction along the axial center direction of the probe and the fixed shoulder are urged in a direction from the proximal end side to the distal end side of the probe. And a friction stir welding apparatus having a configuration including the elastic member.

又、上記構成において、上記弾性部材は、上記プローブの上記固定式ショルダーのプローブ挿通孔からの突出量が、該プローブのワークの接合部に対する所定の没入量と対応する寸法、又は、プローブを所定の押し圧でワークの接合部へ押し付ける際に該プローブが接合部へ没入すると想定される没入量と対応する寸法になるときに、該弾性部材の復元力が、上記固定式ショルダーのワークに対する押し圧に一致するように、該弾性部材のばね定数を設定するようにした構成とする。 In the above arrangement, the elastic member, the protruding amount from the probe insertion hole of the fixing shoulder of the probe, the corresponding dimensions as the predetermined immersion amount to the bonding portion of the work of the probe, or the probe when it made to the corresponding dimensions as the immersion amount envisaged with the probe immersed to a joint when pressing the joint portion of the workpiece at a predetermined pressing force, restoring force of the elastic member, relative to the fixed shoulder of the workpiece The spring constant of the elastic member is set so as to match the pressing pressure.

更に、上記各構成において、上記固定式ショルダーは、すみ肉接合対象のワークの接合線を挟んだ傾斜面にそれぞれ接触させるための2つのワーク接触面による下端部を備えてなる構成とする。 Furthermore, in each said structure, the said fixed shoulder is set as the structure provided with the lower end part by two workpiece | work contact surfaces for making it each contact with the inclined surface which pinched | interposed the joining line of the workpiece | work of fillet joining object.

同様に、上記各構成において、上記固定式ショルダーは、下端部を平面形状とした構成とする。 Similarly, in each of the above- described configurations, the fixed shoulder has a configuration in which the lower end portion has a planar shape.

本発明の摩擦撹拌接合装置によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
(1)主軸ユニットの回転駆動軸の先端部に基端側を接続したプローブと、上記プローブ及び回転駆動軸を挿通させるためのプローブ挿通孔を備えて上記プローブの基端側及び上記回転駆動軸の先端側の外周に配置した固定式ショルダーとからなる摩擦撹拌接合ツールと、上記固定式ショルダーを、上記プローブ挿通孔より上記プローブが突出している状態で、上記プローブの軸心方向に沿う方向に移動可能に支持するためのガイド手段と、上記固定式ショルダーを、上記プローブの基端側から先端側となる向きに付勢するための弾性部材とを備えてなる構成としてあるので、ワークの接合線に沿う位置での摩擦撹拌接合を行うことができる。
(2)又、ワークの摩擦撹拌接合を実施する際には、プローブの位置、又は、押し圧のみに集中して施工管理を行うことができるようになるため、再現性が高く、安定した品質の摩擦撹拌接合の施工を実現することができる。
(3)したがって、摩擦撹拌接合の施工条件の安定に伴い、摩擦撹拌接合により製造する製品の品質の向上化を図ることが可能になる。
(4)摩擦撹拌接合ツールは、上記弾性部材の変形により、固定式ショルダーより突出させるプローブの突出量を変化させることができると共に、このプローブの突出量を変化させる際に、上記固定式ショルダーのワークに対する押し圧が大幅に変化することを防止できる。
(5)よって、摩擦撹拌接合ツールを交換することなく、様々な厚み、様々な素材のワークの摩擦撹拌接合に容易に適用することができる。
According to the friction stir welding apparatus of the present invention, the following excellent effects are exhibited.
(1) A probe having a proximal end connected to the distal end portion of the rotation drive shaft of the spindle unit, and a probe insertion hole for allowing the probe and the rotation drive shaft to pass therethrough, and a proximal end side of the probe and the rotation drive shaft A friction stir welding tool composed of a fixed shoulder disposed on the outer periphery of the distal end of the probe , and the fixed shoulder in a direction along the axial direction of the probe with the probe protruding from the probe insertion hole. a guide means for movably supporting, the fixing shoulder, and an elastic member for urging in a direction to be the front end side from the base end side of the probe, since the provided comprising configure, work Friction stir welding can be performed at a position along the joining line.
(2) In addition, when performing friction stir welding of workpieces, construction management can be performed by concentrating only on the position of the probe or the pressing force, so the reproducibility is high and the quality is stable. The construction of friction stir welding can be realized.
(3) Accordingly, it is possible to improve the quality of products manufactured by friction stir welding as the construction conditions for friction stir welding are stabilized.
(4) The friction stir welding tool can change the protruding amount of the probe protruding from the fixed shoulder by deformation of the elastic member, and when changing the protruding amount of the probe, It is possible to prevent the pressing pressure against the workpiece from changing significantly.
(5) Therefore, it can be easily applied to friction stir welding of workpieces of various thicknesses and various materials without replacing the friction stir welding tool.

本発明の摩擦撹拌接合装置の実施の一形態を示す切断概略正面図である。It is a cutting schematic front view which shows one Embodiment of the friction stir welding apparatus of this invention. 図1の摩擦撹拌接合装置の切断概略側面図である。It is a cutting | disconnection schematic side view of the friction stir welding apparatus of FIG. 図1の摩擦撹拌接合装置における摩擦撹拌接合ツールを拡大して示すもので、(a)は切断正面図、(b)は側面図である。The friction stir welding tool in the friction stir welding apparatus of FIG. 1 is enlarged and shown, (a) is a cut front view, (b) is a side view. 本発明の実施の他の形態として、摩擦撹拌接合ツールの変形例を示す概略切断正面図である。It is a general | schematic cutting front view which shows the modification of a friction stir welding tool as other form of implementation of this invention. 本発明の実施の他の形態として、摩擦撹拌接合ツールの別の例を示す概略切断正面図である。It is a general | schematic cutting front view which shows another example of a friction stir welding tool as other form of implementation of this invention. 本発明の実施の更に他の形態として、ワークの保持に用いる治具の別の例を示す概略正面図である。It is a schematic front view which shows another example of the jig | tool used for holding | maintenance of a workpiece | work as other form of implementation of this invention.

以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

図1乃至図3(a)(b)は、本発明の摩擦撹拌接合装置の実施の一形態として、ワークのすみ肉の摩擦撹拌接合に適用する場合の例を示すものである。   FIG. 1 thru | or FIG. 3 (a) (b) shows the example in the case of applying to the friction stir welding of the fillet of a workpiece | work as one Embodiment of the friction stir welding apparatus of this invention.

すなわち、本発明の摩擦撹拌接合装置は、図3(a)(b)に示すように、回転駆動可能なプローブ2と、該プローブ2の外周に配置して該プローブ2に対して軸心方向に相対移動できるようにした固定式(不回転)のショルダー3と、該固定式ショルダー3を上記プローブ2の基端側から先端側となる向きに付勢するための弾性部材としてのばね部材4を有してなる摩擦撹拌接合ツール1を備える。   That is, the friction stir welding apparatus according to the present invention includes, as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), a probe 2 that can be rotationally driven, and an outer periphery of the probe 2 that is axially oriented with respect to the probe 2 A fixed (non-rotating) shoulder 3 that can be moved relative to each other, and a spring member 4 as an elastic member for biasing the fixed shoulder 3 from the proximal end side to the distal end side of the probe 2. The friction stir welding tool 1 is provided.

更に、本発明の摩擦撹拌接合装置は、図1及び図2に示すように、上記摩擦撹拌接合ツール1を装着して上記プローブ2の回転駆動を行わせるための主軸ユニット5を備えると共に、該主軸ユニット5を、すみ肉の摩擦撹拌接合の接合対象となるワーク6aと6bの接合線7(図3(a)参照)に沿わせて移動させるための主軸位置決め機構として、たとえば、3軸門型の主軸位置決め機構8を備えた構成としてある。   Furthermore, as shown in FIGS. 1 and 2, the friction stir welding apparatus according to the present invention includes a spindle unit 5 for mounting the friction stir welding tool 1 to drive the probe 2 to rotate, As a spindle positioning mechanism for moving the spindle unit 5 along the joining line 7 (see FIG. 3A) of the workpieces 6a and 6b to be joined in the friction stir welding of fillet, for example, a triaxial gate The main spindle positioning mechanism 8 of the mold is provided.

上記主軸位置決め機構8は、水平な架台9上に、上記ワーク6aと6bを載置して該ワーク6aと6b同士の接合線7の延びる方向に沿って移動させるためのX軸テーブル10を備える。   The spindle positioning mechanism 8 includes an X-axis table 10 for placing the workpieces 6a and 6b on a horizontal base 9 and moving the workpieces 6a and 6b along the direction in which the joint line 7 extends. .

更に、上記主軸位置決め機構8は、上記X軸テーブル10を跨ぐ門型フレーム11を備え、該門型フレーム11に、上記主軸ユニット5の鉛直方向(Z軸方向)の位置制御用のZ軸テーブル12が取り付けられている。該Z軸テーブル12には、上記主軸ユニット5を上記X軸テーブル10の移動方向(以下、X軸方向と云う)に直角な水平方向(以下、Y軸方向と云う)についての位置制御用のY軸テーブル13が取り付けられている。該Y軸テーブル13には、上記主軸ユニット5が、上記X軸テーブル10の上方に配置された状態で取り付けられた構成としてある。   Further, the spindle positioning mechanism 8 includes a portal frame 11 straddling the X-axis table 10, and a Z-axis table for controlling the position of the spindle unit 5 in the vertical direction (Z-axis direction). 12 is attached. The Z-axis table 12 is used to control the position of the spindle unit 5 in a horizontal direction (hereinafter referred to as the Y-axis direction) perpendicular to the moving direction of the X-axis table 10 (hereinafter referred to as the X-axis direction). A Y-axis table 13 is attached. The Y-axis table 13 is configured such that the spindle unit 5 is attached in a state of being disposed above the X-axis table 10.

以下、詳述する。   Details will be described below.

上記X軸テーブル10は、上記X軸方向に延びるように上記架台9上に設けたガイドレール14と、水平な平板状として上記ガイドレール14にガイドブロック15を介してスライド自在に取り付けたX軸テーブル本体16と、該X軸テーブル本体16を上記ガイドレール14に沿い移動させるX軸方向の直動機構としてのボールねじ直動機構17とから構成されている。   The X-axis table 10 includes a guide rail 14 provided on the mount 9 so as to extend in the X-axis direction, and an X-axis that is slidably attached to the guide rail 14 via a guide block 15 as a horizontal flat plate shape. The table main body 16 and a ball screw linear motion mechanism 17 as a linear motion mechanism in the X-axis direction for moving the X-axis table main body 16 along the guide rail 14 are configured.

上記ボールねじ直動機構17は、サーボモータ18と、その出力側に取り付けた減速機19と、該減速機19の出力側に連結したねじ軸20と、該ねじ軸20に螺合させたナット部材21とを備えた構成とされている。   The ball screw linear motion mechanism 17 includes a servo motor 18, a speed reducer 19 attached to the output side thereof, a screw shaft 20 connected to the output side of the speed reducer 19, and a nut screwed to the screw shaft 20. The member 21 is provided.

更に、上記ボールねじ直動機構17は、上記架台9上に、上記ねじ軸20が上記ガイドレール14と平行に延びるようにした姿勢で設置されており、且つ上記ナット部材21が、上記X軸テーブル本体16に、ブラケット22を介して取り付けられている。   Further, the ball screw linear motion mechanism 17 is installed on the gantry 9 in a posture such that the screw shaft 20 extends in parallel with the guide rail 14, and the nut member 21 is provided with the X axis. It is attached to the table body 16 via a bracket 22.

これにより、上記X軸テーブル10は、上記ボールねじ直動機構17のサーボモータ18による上記減速機19を介したねじ軸20の回転駆動により、上記ナット部材21と一緒に上記X軸テーブル本体16を、上記X軸方向に移動させることができるようにしてある。この際、上記X軸テーブル10では、上記サーボモータ18の回転量の検出信号、もしくは、リニアゲージや変位センサ等の図示しない位置検出手段による上記ナット部材21やX軸テーブル本体16の位置の検出信号を基に、後述するように上記X軸テーブル本体16の上側に載置して保持させるワーク6a,6bの位置や移動速度を制御できるようにしてある。   Thus, the X-axis table 10 is rotated together with the nut member 21 by the rotational drive of the screw shaft 20 via the speed reducer 19 by the servo motor 18 of the ball screw linear motion mechanism 17. Can be moved in the X-axis direction. At this time, in the X-axis table 10, the position of the nut member 21 or the X-axis table main body 16 is detected by a detection signal of the rotation amount of the servo motor 18 or position detection means (not shown) such as a linear gauge or a displacement sensor. Based on the signal, the position and moving speed of the workpieces 6a and 6b to be placed and held on the upper side of the X-axis table main body 16 can be controlled as will be described later.

上記X軸テーブル本体16の上側には、上記すみ肉の接合対象となるワーク6aと6bを保持するための治具23が設置されている。該治具23は、図3(a)に示すように、上記ワーク6aと6bが、接合線7を挟んで傾斜した配置となるように支持して、該ワーク6aと6bを、すみ肉の接合部が上方に開放されたV字状となる姿勢で保持するためのものである。   On the upper side of the X-axis table body 16, a jig 23 for holding the workpieces 6a and 6b to be joined with the fillet is installed. As shown in FIG. 3 (a), the jig 23 supports the workpieces 6a and 6b so that the workpieces 6a and 6b are inclined with respect to the joining line 7. It is for holding | maintaining in the attitude | position used as the V-shape by which the junction part was open | released upwards.

上記治具23は、たとえば、X軸テーブル本体16の上側に設置するための支持ブロック23aを備える。該支持ブロック23aは、接合対象となるワーク6aと6bの接合線7の長さ寸法に対応する寸法でX軸方向に沿って延びる形状としてある。   The jig 23 includes a support block 23a for installation on the upper side of the X-axis table main body 16, for example. The support block 23a has a shape extending along the X-axis direction with a dimension corresponding to the length dimension of the joining line 7 of the workpieces 6a and 6b to be joined.

上記支持ブロック23aの上面側には、X軸方向と直交する幅方向(Y軸方向)の中央部に、V字状の溝23bが、該支持ブロック23aの長手方向(X軸方向)の全長に亘り設けられている。   On the upper surface side of the support block 23a, a V-shaped groove 23b is provided at the center in the width direction (Y-axis direction) orthogonal to the X-axis direction, and the entire length in the longitudinal direction (X-axis direction) of the support block 23a. It is provided over.

更に、上記支持ブロック23aは、上記V字状の溝23bにおける各斜面の上端部に、X軸方向の所定の配列で、個別の押さえ部材23cを、ボルト23dを介して取り外し可能に取り付けることができるようにした構成としてある。   Further, the support block 23a is detachably attached to the upper end portion of each inclined surface of the V-shaped groove 23b in a predetermined arrangement in the X-axis direction via bolts 23d. This is a configuration that can be used.

上記治具23は、上記V字状の溝23bの各斜面に沿わせて上記ワーク6aと6bを配置することにより、該V字状の溝23bの下端部で、該ワーク6aと6bの角継手によるすみ肉の接合部を突き合わせて配置できるようにしてある。更に、この状態で、上記治具23の溝23bの上端部には、上記ワーク6aと6bを個別に押さえるための各押さえ部材23cを、上記支持ブロック23aにボルト23dにより固定する。これにより、上記治具23は、上記ワーク6aと6bによるすみ肉の接合部の位置を、X軸方向の全長に亘って保持できるようにしてある。なお、図3(b)では、図示する便宜上、上記治具23の記載を省略してある。   The jig 23 arranges the workpieces 6a and 6b along the slopes of the V-shaped groove 23b, so that the corners of the workpieces 6a and 6b are formed at the lower end of the V-shaped groove 23b. The joint portion of the fillet by the joint can be arranged to face each other. Further, in this state, the pressing members 23c for individually pressing the workpieces 6a and 6b are fixed to the upper end portion of the groove 23b of the jig 23 to the support block 23a by bolts 23d. Thereby, the jig 23 can hold the position of the joint portion of the fillet by the workpieces 6a and 6b over the entire length in the X-axis direction. In addition, in FIG.3 (b), description of the said jig | tool 23 is abbreviate | omitted for convenience of illustration.

上記治具23は、摩擦撹拌接合に際して、ワーク6aと6bの接合部に、上記摩擦撹拌接合ツール1を、プローブ2を没入させるような大きな力で押し付けても、上記ワーク6aと6bがずれないように保持できるようにしてあるものとする。   In the friction stir welding, the jig 23 does not shift the workpieces 6a and 6b even when the friction stir welding tool 1 is pressed against the joints of the workpieces 6a and 6b with such a large force as to immerse the probe 2. It is assumed that it can be held as follows.

なお、図3(a)では、ワーク6aと6bのすみ肉の接合部が角継手の場合を例示したが、すみ肉の接合部は、T字継手や重ね継手や十字継手であってもよい。これらの場合は、接合線7を挟んで配置されるワーク6aと6bの表面側が共に傾斜面となるように該ワーク6aと6bをそれぞれ配置するときの姿勢に応じて、該ワーク6aと6bを保持するための上記治具23の形状を適宜変更するようにすればよい。   3A illustrates the case where the joint portion of the fillets of the workpieces 6a and 6b is a square joint, the joint portion of the fillet may be a T-shaped joint, a lap joint, or a cross joint. . In these cases, the workpieces 6a and 6b are arranged in accordance with the postures when the workpieces 6a and 6b are respectively arranged so that the surface sides of the workpieces 6a and 6b arranged with the joining line 7 therebetween are inclined surfaces. What is necessary is just to change suitably the shape of the said jig | tool 23 for hold | maintaining.

この際、図3(a)に示すように、上記治具23は、すみ肉の接合対象となるワーク6aと6bを、接合線7を挟んで配置される該ワーク6aと6bの表面側が共に鉛直方向に対し等しい傾斜角度の傾斜面となる姿勢で保持できるようにすることが好ましい。しかし、上記ワーク6aと6bをすみ肉接合する継手の形状や配置によっては、上記治具23は、接合線7を挟んで配置されるワーク6aと6bの表面側が鉛直方向に対して互いに異なる傾斜角度となるように保持するようにしたものとしてもよいことは勿論である。   At this time, as shown in FIG. 3 (a), the jig 23 is configured so that the workpieces 6a and 6b to be joined to the fillet are placed on the surface side of the workpieces 6a and 6b arranged with the joining line 7 therebetween. It is preferable to be able to hold in a posture that forms an inclined surface having an equal inclination angle with respect to the vertical direction. However, depending on the shape and arrangement of the joint that fillet-joins the workpieces 6a and 6b, the jig 23 is inclined so that the surface sides of the workpieces 6a and 6b arranged across the joining line 7 are different from each other with respect to the vertical direction. Of course, it may be held at an angle.

上記Z軸テーブル12は、上記門型フレーム11に設置した鉛直方向(Z軸方向)のガイドレール24と、上記X軸方向に垂直な鉛直面に沿う平板状として上記ガイドレール24にガイドブロック25を介してスライド自在に取り付けたZ軸テーブル本体26と、該Z軸テーブル本体26を上記ガイドレール24に沿い移動させるZ軸方向の直動機構としてのボールねじ直動機構27とから構成されている。   The Z-axis table 12 includes a guide rail 24 in the vertical direction (Z-axis direction) installed on the portal frame 11 and a flat plate shape along a vertical plane perpendicular to the X-axis direction. A Z-axis table main body 26 slidably mounted via a guide shaft, and a ball screw linear motion mechanism 27 as a Z-axis direction linear motion mechanism for moving the Z-axis table main body 26 along the guide rail 24. Yes.

上記ボールねじ直動機構27は、サーボモータ28と、その出力側に取り付けた減速機29と、該減速機29の出力側に連結したねじ軸30と、該ねじ軸30に螺合させたナット部材31とを備えた構成とされている。   The ball screw linear motion mechanism 27 includes a servo motor 28, a speed reducer 29 attached to the output side thereof, a screw shaft 30 connected to the output side of the speed reducer 29, and a nut screwed into the screw shaft 30. The member 31 is provided.

更に、上記ボールねじ直動機構27は、上記門型フレーム11の上記Z軸テーブル12の設置側の面に、上記ねじ軸30が上記ガイドレール24と平行に延びるようにした姿勢で設置されており、且つ上記ナット部材31が、上記Z軸テーブル本体26に、ブラケット32を介して取り付けられている。   Further, the ball screw linear motion mechanism 27 is installed on the surface of the portal frame 11 on the side where the Z-axis table 12 is installed in such a posture that the screw shaft 30 extends in parallel with the guide rail 24. In addition, the nut member 31 is attached to the Z-axis table body 26 via a bracket 32.

これにより、上記Z軸テーブル12は、上記ボールねじ直動機構27のサーボモータ28による上記減速機29を介したねじ軸30の回転駆動により、上記ナット部材31と一緒に上記Z軸テーブル本体26を、Z軸方向に移動、すなわち、昇降動作させることができるようにしてある。この際、上記Z軸テーブル12では、上記サーボモータ28の回転量の検出信号、もしくは、リニアゲージや変位センサ等の図示しない位置検出手段による上記ナット部材31やZ軸テーブル本体26の位置の検出信号を基に、上記Z軸テーブル本体26にY軸テーブル13を介して保持される上記主軸ユニット5を上下方向へ移動させて、該主軸ユニット5の先端(下端)に取り付けてある上記摩擦撹拌接合ツール1のプローブ2のZ軸方向の位置(上下方向位置)を制御できるようにしてある。   As a result, the Z-axis table 12 is rotated together with the nut member 31 by the rotational drive of the screw shaft 30 via the speed reducer 29 by the servo motor 28 of the ball screw linear motion mechanism 27. Can be moved in the Z-axis direction, that is, moved up and down. At this time, the Z-axis table 12 detects the position of the nut member 31 or the Z-axis table body 26 by a detection signal of the rotation amount of the servo motor 28 or position detection means (not shown) such as a linear gauge or a displacement sensor. Based on the signal, the spindle unit 5 held by the Z-axis table body 26 via the Y-axis table 13 is moved in the vertical direction, and the friction stirrer attached to the tip (lower end) of the spindle unit 5 is moved. The position (vertical direction position) of the probe 2 of the welding tool 1 in the Z-axis direction can be controlled.

更に、上記Z軸テーブル12では、上記ボールねじ直動機構27におけるナット部材31と、Z軸テーブル本体26に固定されているブラケット32との間に、ロードセル等の図示しない荷重計測手段が介装して備えてある。これにより、該Z軸テーブル12は、上記プローブ2をワーク6aと6bの接合部に押し付けるときに、上記図示しない荷重計測手段によって計測される上記プローブ2のワーク6aと6bの接合部に対する押し圧の反力の計測信号を基に、上記サーボモータ28の動作を制御して、該プローブ2のワーク6aと6bの接合部に対する押し圧を制御できるようにしてある。   Further, in the Z-axis table 12, load measuring means (not shown) such as a load cell is interposed between the nut member 31 in the ball screw linear motion mechanism 27 and the bracket 32 fixed to the Z-axis table main body 26. It is prepared. As a result, when the Z-axis table 12 presses the probe 2 against the joint between the workpieces 6a and 6b, the pressing force applied to the joint between the workpieces 6a and 6b of the probe 2 measured by the load measuring means (not shown). Based on the measurement signal of the reaction force, the operation of the servo motor 28 is controlled so that the pressing force of the probe 2 against the joint between the workpieces 6a and 6b can be controlled.

上記Y軸テーブル13は、上記Z軸テーブル本体26に設置したY軸方向のガイドレール33と、上記X軸方向に垂直な鉛直面に沿う平板状として上記ガイドレール33にガイドブロック34を介してスライド自在に取り付けたY軸テーブル本体35と、該Y軸テーブル本体35を上記ガイドレール33に沿い移動させるY軸方向の直動機構としてのボールねじ直動機構36とから構成されている。   The Y-axis table 13 has a guide rail 33 in the Y-axis direction installed on the Z-axis table main body 26 and a flat plate shape along a vertical plane perpendicular to the X-axis direction. A Y-axis table main body 35 that is slidably mounted, and a ball screw linear motion mechanism 36 as a linear motion mechanism in the Y-axis direction that moves the Y-axis table main body 35 along the guide rail 33 are configured.

上記ボールねじ直動機構36は、サーボモータ37と、その出力側に取り付けた減速機38と、該減速機38の出力側に連結したねじ軸39と、該ねじ軸39に螺合させたナット部材40とを備えた構成とされている。   The ball screw linear motion mechanism 36 includes a servo motor 37, a reduction gear 38 attached to the output side thereof, a screw shaft 39 connected to the output side of the reduction gear 38, and a nut screwed to the screw shaft 39. The member 40 is provided.

更に、上記ボールねじ直動機構36は、上記Z軸テーブル本体26におけるY軸テーブル13の設置側の面に、上記ねじ軸39が上記ガイドレール33と平行に延びるようにした姿勢で設置されており、且つ上記ナット部材40が、上記Y軸テーブル本体35に、ブラケット41を介して取り付けられている。   Further, the ball screw linear motion mechanism 36 is installed on the surface of the Z-axis table main body 26 on the installation side of the Y-axis table 13 in such a posture that the screw shaft 39 extends in parallel with the guide rail 33. The nut member 40 is attached to the Y-axis table main body 35 via a bracket 41.

これにより、上記Y軸テーブル13は、上記ボールねじ直動機構36のサーボモータ37による上記減速機38を介したねじ軸39の回転駆動により、上記ナット部材40と一緒に上記Y軸テーブル本体35を、Y軸方向、すなわち、上記X軸テーブル10によるワーク6aと6bの移動方向に直角な水平方向に移動させることができるようにしてある。
この際、上記Y軸テーブル13では、上記サーボモータ37の回転量の検出信号、もしくは、リニアゲージや変位センサ等の図示しない位置検出手段による上記ナット部材40やY軸テーブル本体35の位置の検出信号を基に、Y軸テーブル本体35に保持させた主軸ユニット5をY軸方向へ移動させて、該主軸ユニット5の下端に取り付けられている上記摩擦撹拌接合ツール1のプローブ2のY軸方向の位置を制御できるようにしてある。
Thereby, the Y-axis table 13 is rotated together with the nut member 40 by the rotational drive of the screw shaft 39 via the speed reducer 38 by the servo motor 37 of the ball screw linear motion mechanism 36. Can be moved in the Y-axis direction, that is, in the horizontal direction perpendicular to the moving direction of the workpieces 6a and 6b by the X-axis table 10.
At this time, the Y-axis table 13 detects the position of the nut member 40 or the Y-axis table main body 35 by a detection signal of the rotation amount of the servo motor 37 or position detection means (not shown) such as a linear gauge or a displacement sensor. Based on the signal, the spindle unit 5 held by the Y-axis table body 35 is moved in the Y-axis direction, and the probe 2 of the friction stir welding tool 1 attached to the lower end of the spindle unit 5 is in the Y-axis direction. The position of can be controlled.

上記Y軸テーブル本体35には、前記したように、プローブ2用の回転駆動装置(図示せず)を備えた主軸ユニット5が取り付けられている。   As described above, the spindle unit 5 including the rotational drive device (not shown) for the probe 2 is attached to the Y-axis table main body 35.

上記主軸ユニット5は、下端側に下向きに突出する回転駆動軸(プローブ軸)42が設けてある。   The main spindle unit 5 is provided with a rotational drive shaft (probe shaft) 42 protruding downward on the lower end side.

上記回転駆動軸42は、図3(a)に示すように、上記摩擦撹拌接合ツール1のプローブ2よりも大径としてあり、該回転駆動軸42の下端寄りに、上部側よりも径の細い、たとえば、上記プローブ2と同径となる小径部42aを設けることで、該小径部42aの上端の外周に、下方に臨む段差面を備えた段差部43が形成してある。該回転駆動軸42の上記小径部42aの下端には、上記プローブ2の上端側が一体に接続されている。   As shown in FIG. 3A, the rotational drive shaft 42 has a larger diameter than the probe 2 of the friction stir welding tool 1, and is closer to the lower end of the rotational drive shaft 42 and thinner than the upper side. For example, by providing a small diameter portion 42a having the same diameter as the probe 2, a stepped portion 43 having a stepped surface facing downward is formed on the outer periphery of the upper end of the small diameter portion 42a. The upper end side of the probe 2 is integrally connected to the lower end of the small diameter portion 42a of the rotary drive shaft 42.

ここで、図3(a)(b)を用いて、上記プローブ2と、固定式ショルダー3を備えた摩擦撹拌接合ツール1の構成の詳細について説明する。   Here, the details of the configuration of the friction stir welding tool 1 including the probe 2 and the fixed shoulder 3 will be described with reference to FIGS.

上記プローブ2は、軸心方向が上下方向となるように配置されていて、その上端に、上記したように、主軸ユニット5の回転駆動軸42の下端が一体に接続されている。これにより、上記主軸ユニット5の回転駆動装置より上記回転駆動軸42を介して伝えられる回転駆動力により、上記プローブ2を回転駆動できるようにしてある。   The probe 2 is arranged so that the axial direction is the vertical direction, and the lower end of the rotary drive shaft 42 of the main shaft unit 5 is integrally connected to the upper end of the probe 2 as described above. Thereby, the probe 2 can be rotationally driven by the rotational driving force transmitted from the rotational driving device of the spindle unit 5 via the rotational driving shaft 42.

上記固定式ショルダー3は、下端部が、2つのワーク接触面44aと44bとからなるV字形状としてX軸方向に沿って延びる形状としてある。上記ワーク接触面44aと44bは、上記X軸テーブル10上の治具23に保持されたワーク6aと6bの表面側の傾斜面に接触するような傾斜角度となるようにしてある。   The fixed shoulder 3 has a lower end portion extending in the X-axis direction as a V shape including two workpiece contact surfaces 44a and 44b. The workpiece contact surfaces 44a and 44b are inclined so as to come into contact with the inclined surfaces on the surface side of the workpieces 6a and 6b held by the jig 23 on the X-axis table 10.

更に、上記固定式ショルダー3には、長手方向(X軸方向)の中間部に、プローブ挿通孔45が、上下方向に貫通して設けられた構成としてある。   Furthermore, the fixed shoulder 3 has a configuration in which a probe insertion hole 45 is provided in the middle in the longitudinal direction (X-axis direction) so as to penetrate in the vertical direction.

上記プローブ挿通孔45は、プローブ2の外径に対応する径として該プローブ2を挿通させるための下端寄り部分と、上記回転駆動軸42の小径部42aよりも上側の太い径を備えた部分の外径に対応する径として該回転駆動軸42を挿通させるための上端寄り部分とを備えて、該下端寄り部分と上端寄り部分との間に、上方に臨む段差面を備えた段差部46が形成されるようにしてある。   The probe insertion hole 45 includes a portion closer to the lower end for allowing the probe 2 to pass therethrough as a diameter corresponding to the outer diameter of the probe 2, and a portion having a large diameter above the small diameter portion 42 a of the rotary drive shaft 42. A stepped portion 46 having a stepped portion facing upward is provided between the lower end portion and the upper end portion, the upper end portion for inserting the rotary drive shaft 42 as a diameter corresponding to the outer diameter. It is supposed to be formed.

上記プローブ挿通孔45におけるプローブ2を挿通させる部分の下端側の開口は、その中心位置が、上記固定式ショルダー3の下端部の2つのワーク接触面44aと44bが合わさるV字形状の頂点に対応するように設けられている。   The opening on the lower end side of the probe insertion hole 45 where the probe 2 is inserted corresponds to the center of the V-shaped apex where the two work contact surfaces 44a and 44b of the lower end of the fixed shoulder 3 are combined. It is provided to do.

これにより、上記固定式ショルダー3は、上記プローブ挿通孔45の上端寄り部分と下端寄り部分の内側に、上記回転駆動軸42及びプローブ2をそれぞれ挿通配置させることにより、該プローブ2がプローブ挿通孔45より下方に突出するように配置させることができるようにしてある。   As a result, the fixed shoulder 3 is arranged such that the rotary drive shaft 42 and the probe 2 are inserted into the probe insertion hole 45 inside the portion near the upper end and the portion near the lower end, respectively. It can be arranged so as to protrude below 45.

更に、上記回転駆動軸42の段差部43と、上記固定式ショルダー3のプローブ挿通孔45に設けてある段差部46との間には、上記回転駆動軸42の小径部42aの外周に配置したベアリングとしてのスラストベアリング47と、上記ばね部材4としてのコイルばね4(説明の便宜上、上記ばね部材4と同じ符号が付してある)が、上下に重ねた状態で介装されるように取り付けられている。これにより、上記コイルばね4には、上記スラストベアリング47によって上記回転駆動軸42の回転駆動力の伝達が遮断された状態で、該回転駆動軸42より軸心方向の力(押し圧)のみが伝えられるようにしてある。   Further, between the stepped portion 43 of the rotary drive shaft 42 and the stepped portion 46 provided in the probe insertion hole 45 of the fixed shoulder 3, it is arranged on the outer periphery of the small diameter portion 42a of the rotary drive shaft 42. A thrust bearing 47 as a bearing and a coil spring 4 as the spring member 4 (for the sake of convenience, the same reference numerals as those of the spring member 4 are attached) are attached so as to be stacked one above the other. It has been. Thus, only the force (pressing pressure) in the axial direction from the rotary drive shaft 42 is applied to the coil spring 4 in a state where the transmission of the rotary drive force of the rotary drive shaft 42 is blocked by the thrust bearing 47. It is supposed to be communicated.

上記コイルばね4は、上記プローブ2を上記固定式ショルダー3のプローブ挿通孔45より下方へ突出させて配置させるときに、上記回転駆動軸42の段差部43側に設けてある上記スラストベアリング47と、上記プローブ挿通孔45の段差部46との間で圧縮変形されるように、該コイルばね4の無負荷状態での全長(自然長)が設定してあるものとする。   The coil spring 4 includes the thrust bearing 47 provided on the stepped portion 43 side of the rotary drive shaft 42 when the probe 2 is arranged to protrude downward from the probe insertion hole 45 of the fixed shoulder 3. The total length (natural length) of the coil spring 4 in an unloaded state is set so as to be compressed and deformed between the step portion 46 of the probe insertion hole 45.

又、上記コイルばね4は、上記プローブ2を上記固定式ショルダー3のプローブ挿通孔45より下方へ突出させるときの突出量が、ワーク6aと6b同士の良好な摩擦撹拌接合を行うために必要とされる該プローブ2の接合部への没入量と対応する寸法になるとき、又は、上記突出量が、プローブ2を良好な摩擦撹拌接合を行うために必要とされる所定の押し圧でワーク6aと6b同士の接合部へ押し付ける際に該プローブ2が接合部へ没入すると想定される没入量と対応する寸法になるときに、上記圧縮変形状態となる該コイルばね4の復元力が、良好な摩擦撹拌接合を行うために必要とされる固定式ショルダー3のワーク6a,6bに対する押し圧に一致するように、該コイルばね4のばね定数が設定してあるものとする。これにより、本発明の摩擦撹拌接合装置では、上記プローブ2のワーク6aと6bの接合部に対する没入量又は押し圧を調整することに伴って、上記固定式ショルダー3が上記ワーク6aと6bの接合部に対して適正な押し圧で押し付けられるようにしてある。更に、上記固定式ショルダー3の押し圧は、上記コイルばね4の圧縮変形状態からの復元力により付与されるようにしてあるため、上記ワーク6aと6bの接合部の表面位置の変化に伴って該圧縮変形状態のコイルばね4が伸長方向や更なる圧縮方向に多少変形させられても、該固定式ショルダー3の押し圧が大幅な変化することを防止できるようにしてある。   Further, the coil spring 4 is required for the amount of protrusion when the probe 2 is protruded downward from the probe insertion hole 45 of the fixed shoulder 3 to perform good friction stir welding between the workpieces 6a and 6b. When the dimensions correspond to the amount of penetration of the probe 2 into the joint portion, or the projection amount is a predetermined pressing pressure required to perform good friction stir welding of the probe 2, the workpiece 6 a And 6b, when the probe 2 has a size corresponding to the amount of immersion that is assumed to be immersed in the joint, the restoring force of the coil spring 4 in the compression deformation state is good. It is assumed that the spring constant of the coil spring 4 is set so as to match the pressing force of the fixed shoulder 3 against the workpieces 6a and 6b required for performing friction stir welding. As a result, in the friction stir welding apparatus of the present invention, the fixed shoulder 3 joins the workpieces 6a and 6b as the immersion amount or pressing force of the probe 2 with respect to the joined portion of the workpieces 6a and 6b is adjusted. It is designed to be pressed against the part with an appropriate pressing pressure. Further, since the pressing force of the fixed shoulder 3 is applied by the restoring force from the compression deformation state of the coil spring 4, the change in the surface position of the joint portion between the workpieces 6a and 6b is accompanied. Even if the compression-deformed coil spring 4 is slightly deformed in the extension direction or further in the compression direction, it is possible to prevent the pressing pressure of the fixed shoulder 3 from changing significantly.

上記固定式ショルダー3の上端部には、外周側へ突出するようにフランジ部48が設けてあり、該フランジ部48における周方向所定間隔の複数個所に、上下方向に貫通するようにガイド孔49が穿設されている。   A flange portion 48 is provided at the upper end portion of the fixed shoulder 3 so as to protrude to the outer peripheral side, and the guide hole 49 penetrates in a plurality of positions at predetermined intervals in the circumferential direction in the flange portion 48. Is drilled.

更に、上記主軸ユニット5のケーシング50の下端部における上記固定式ショルダー3の各ガイド孔49と対応する個所には、上記回転駆動軸42の軸心方向と平行な配置で下向きに突出するガイド手段としてのガイドピン51が設けてある。該各ガイドピン51の外径は、上記固定式ショルダー3の各ガイド孔49の径寸法よりもわずかに小さくなるように設定してある。   Further, guide means that protrudes downward at a position corresponding to each guide hole 49 of the fixed shoulder 3 at the lower end portion of the casing 50 of the main spindle unit 5 in an arrangement parallel to the axial direction of the rotary drive shaft 42. A guide pin 51 is provided. The outer diameter of each guide pin 51 is set to be slightly smaller than the diameter of each guide hole 49 of the fixed shoulder 3.

上記各ガイドピン51は、上記固定式ショルダー3の対応するガイド孔49にそれぞれ上側から挿通配置させた状態で、該各ガイドピン51の下端部に、上記各ガイド孔49よりも大径の脱落防止部材52が取り付けられている。   Each guide pin 51 is inserted into the corresponding guide hole 49 of the fixed shoulder 3 from above, and is dropped at the lower end of each guide pin 51 with a diameter larger than that of each guide hole 49. A prevention member 52 is attached.

これにより、上記固定式ショルダー3は、上記各ガイド孔49がそれぞれ対応するガイドピン51の長手方向にガイドされることで、該固定式ショルダー3の移動方向が、上記回転駆動軸42及び上記プローブ2の軸心方向に沿う方向のみとなるようにしてある。   As a result, the fixed shoulder 3 is guided in the longitudinal direction of the corresponding guide pin 51 by the respective guide holes 49, so that the moving direction of the fixed shoulder 3 is the rotation drive shaft 42 and the probe. Only the direction along the axial direction of 2 is set.

又、上記固定式ショルダー3は、ワーク6a,6bに接していない状態のときには、上記各ガイドピン51の下端部の脱落防止部材52に、上記各ガイド孔49の周縁部が係止されることにより、上記回転駆動軸42及びプローブ2の外側から下方へ脱落することが防止された状態で支持されるようにしてある。   When the fixed shoulder 3 is not in contact with the workpieces 6a and 6b, the peripheral edge of each guide hole 49 is locked to the drop-off preventing member 52 at the lower end of each guide pin 51. Thus, the rotary drive shaft 42 and the probe 2 are supported in a state in which they are prevented from falling off from the outside.

上記構成としてある摩擦撹拌接合ツール1は、上記固定式ショルダー3の各ワーク接触面44aと44bを、上記X軸テーブル10上に治具23を介して保持されたワーク6aと6bの接合線7を挟んで配置される面にそれぞれ押し当てるようにして接触させることができるようにしてある。これにより、上記摩擦撹拌接合ツール1は、上記固定式ショルダー3の下端部のV字形状の頂点を、ワーク6aと6bの間の接合線7の位置に合わせて配置することができるようにしてあり、この状態の該固定式ショルダー3のプローブ挿通孔45より下方に突出させる上記プローブ2についても、上記ワーク6aと6bの接合線7の位置に配置させることができるようにしてある。   In the friction stir welding tool 1 having the above-described configuration, the workpiece contact surfaces 44a and 44b of the fixed shoulder 3 are bonded to the workpieces 6a and 6b held on the X-axis table 10 via a jig 23, respectively. It is possible to make contact with each other by pressing against the surfaces arranged on both sides. Thereby, the friction stir welding tool 1 can arrange the V-shaped apex of the lower end portion of the fixed shoulder 3 in accordance with the position of the joining line 7 between the workpieces 6a and 6b. The probe 2 that protrudes downward from the probe insertion hole 45 of the fixed shoulder 3 in this state can also be arranged at the position of the joining line 7 of the workpieces 6a and 6b.

更に、上記摩擦撹拌接合ツール1は、上記固定式ショルダー3をワーク6aと6bに接触させると共に、上記プローブ2をワーク6aと6bの接合部に所定の没入量で没入させると、上記コイルばね4の復元力により、該固定式ショルダー3が、上記良好な摩擦撹拌接合を行うために必要とされる所定の押し圧で、上記ワーク6aと6bの面に対して押し付けられるようにしてある。   Furthermore, when the fixed stirrer 3 is brought into contact with the workpieces 6a and 6b and the probe 2 is immersed in the joining portion of the workpieces 6a and 6b with a predetermined immersion amount, the friction stir welding tool 1 is moved to the coil spring 4. Due to the restoring force, the fixed shoulder 3 is pressed against the surfaces of the workpieces 6a and 6b with a predetermined pressing force required to perform the good friction stir welding.

以上の構成としてある本発明の摩擦撹拌接合装置を使用する場合は、先ず、図1、図2及び図3(a)に示すように、X軸テーブル10上に、ワーク6aと6bを、治具23を介して保持させる。   When using the friction stir welding apparatus of the present invention having the above-described configuration, first, as shown in FIGS. 1, 2 and 3A, workpieces 6a and 6b are cured on the X-axis table 10. It is held via the tool 23.

次に、上記摩擦撹拌接合ツール1は、上記主軸位置決め機構8におけるZ軸テーブル12とY軸テーブル13により、上記X軸テーブル10上に保持されたワーク6aと6bの位置に応じたZ軸方向位置及びY軸方向位置に配置させる。   Next, the friction stir welding tool 1 is moved in the Z-axis direction according to the positions of the workpieces 6a and 6b held on the X-axis table 10 by the Z-axis table 12 and the Y-axis table 13 in the spindle positioning mechanism 8. It arrange | positions in a position and a Y-axis direction position.

この際、上記主軸位置決め機構8では、位置決め制御により、上記摩擦撹拌接合ツール1のプローブ2が、上記ワーク6aと6bの接合線7における摩擦撹拌接合開始側となる一端側の近傍位置に配置させる。これにより、上記固定式ショルダー3は、2つのワーク接触面44aと44bの双方が上記ワーク6aと6bの対応する面に接触して、該固定式ショルダー3の下端部のV字形状の頂点が、上記ワーク6aと6bの接合線7の一端部の上側に接するように配置される。更に、この状態で、上記固定式ショルダー3は、上記コイルばね4の圧縮変形状態からの復元力により、上記ワーク6aと6bの良好な摩擦撹拌接合を行うために必要とされる所定の押し圧で、ワーク6aと6bに対して押し付けられるようになる。   At this time, in the spindle positioning mechanism 8, the probe 2 of the friction stir welding tool 1 is arranged at a position near one end side that is the friction stir welding start side in the joining line 7 of the workpieces 6 a and 6 b by positioning control. . As a result, the fixed shoulder 3 has both the two workpiece contact surfaces 44a and 44b in contact with the corresponding surfaces of the workpieces 6a and 6b, and the V-shaped apex at the lower end of the fixed shoulder 3 is The workpieces 6a and 6b are disposed so as to be in contact with the upper side of one end portion of the joining line 7. Further, in this state, the fixed shoulder 3 has a predetermined pressing force required to perform good friction stir welding of the workpieces 6a and 6b by a restoring force from the compression deformation state of the coil spring 4. Thus, it is pressed against the workpieces 6a and 6b.

次に、上記Z軸テーブル12は、上記プローブ2についての位置制御又は押し圧制御のうちの所望する制御モードに設定する。   Next, the Z-axis table 12 is set to a desired control mode of position control or pressure control for the probe 2.

その後、本発明の摩擦撹拌接合装置では、上記主軸ユニット5により摩擦撹拌接合ツール1のプローブ2の回転を開始させてから、上記X軸テーブル10の動作を開始させて、該X軸テーブル10上のワーク6aと6bを、X軸方向に沿って上記摩擦撹拌接合ツール1の側へ移動させるようにする。   Thereafter, in the friction stir welding apparatus according to the present invention, the rotation of the probe 2 of the friction stir welding tool 1 is started by the main spindle unit 5 and then the operation of the X axis table 10 is started. The workpieces 6a and 6b are moved toward the friction stir welding tool 1 along the X-axis direction.

これにより、上記回転駆動されたプローブ2が、上記ワーク6aと6bの接合線7の位置へ没入されるようになるため、上記ワーク6aと6bの摩擦撹拌接合が開始され、その後、上記X軸テーブル10の動作による上記ワーク6aと6bのX軸方向に沿う移動を継続させることで、該ワーク6aと6bの上記接合線7に沿う摩擦撹拌接合が進行するようになる。   As a result, the rotationally driven probe 2 comes to be immersed in the position of the joint line 7 between the workpieces 6a and 6b, so that the friction stir welding of the workpieces 6a and 6b is started, and then the X axis By continuing the movement of the workpieces 6a and 6b along the X-axis direction by the operation of the table 10, the friction stir welding along the joining line 7 of the workpieces 6a and 6b proceeds.

この際、上記摩擦撹拌接合ツール1は、上記Z軸テーブル12によりプローブ2の位置制御を行っている状態では、ワーク6aと6bの接合部に対して、上記プローブ2の先端位置を、該接合部で軟化させる該ワーク6aと6bの素材を撹拌するのに適正な没入量まで没入させることができる。又、上記摩擦撹拌接合を進行させるときに、上記ワーク6aと6bの表面高さ位置に多少の変動が生じていても、上記固定式ショルダー3の高さ位置は、上記コイルばね4の変形により該ワーク6aと6bの表面に倣うように自動的に調整される。しかも、上記コイルばね4は、当初の圧縮変形状態から伸縮側又は圧縮側に多少の変形が生じても、その復元力に大幅な変化は生じない。このため、上記固定式ショルダー3の上記ワーク6aと6bに対する押し圧は、過剰や過小になることなく、ほぼ一定に保持されるようになる。したがって、上記プローブ2による摩擦撹拌接合が行われる上記ワーク6aと6bの接合部では、上記固定式ショルダー3が、該接合部でプローブ2により撹拌される軟化したワーク6aと6bの素材が該ワーク6aと6bの表面より外にはみ出さないように成形するのに適正な押し圧で押し付けられるようになる。   At this time, in the state where the position of the probe 2 is controlled by the Z-axis table 12, the friction stir welding tool 1 sets the tip position of the probe 2 relative to the joint between the workpieces 6a and 6b. It is possible to immerse the material of the workpieces 6a and 6b to be softened at the portion up to an appropriate immersing amount for stirring. Further, when the friction stir welding is advanced, the height position of the fixed shoulder 3 is caused by the deformation of the coil spring 4 even if the surface height position of the workpieces 6 a and 6 b slightly varies. It is automatically adjusted to follow the surfaces of the workpieces 6a and 6b. In addition, even if the coil spring 4 is slightly deformed from the initial compression deformation state to the expansion / contraction side or the compression side, the restoring force does not change significantly. For this reason, the pressing pressure of the fixed shoulder 3 against the workpieces 6a and 6b is maintained substantially constant without being excessive or excessive. Therefore, in the joint portion of the workpieces 6a and 6b where the friction stir welding is performed by the probe 2, the fixed shoulder 3 is the material of the softened workpieces 6a and 6b stirred by the probe 2 at the joint portion. It will come to be pressed with an appropriate pressing force for molding so as not to protrude beyond the surfaces of 6a and 6b.

一方、上記Z軸テーブル12によりプローブ2の押し圧制御を行う場合は、上記摩擦撹拌接合ツール1における上記コイルばね4のばね定数は既知であり、上記プローブ2をワーク6aと6bの接合部に対して没入させる際の上記固定式ショルダー3の変位による上記コイルばね4の圧縮変形量も概ね予想できるため、該コイルばね4の復元力により固定式ショルダー3を上記ワーク6aと6bの接合部に対して押し付けるときの反力も想定可能である。よって、上記Z軸テーブル12では、所望するプローブ2の押し圧に上記想定される反力を相殺するための力を加味した荷重を、上記プローブ2に付与することで、該プローブ2の上記ワーク6aと6bに対する押し圧を所望の値にコントロールすることができるようになる。   On the other hand, when the pressing force of the probe 2 is controlled by the Z-axis table 12, the spring constant of the coil spring 4 in the friction stir welding tool 1 is known, and the probe 2 is used as a joint between the workpieces 6a and 6b. Since the amount of compressive deformation of the coil spring 4 due to the displacement of the fixed shoulder 3 when immersing the coil spring 4 is almost predictable, the restoring force of the coil spring 4 causes the fixed shoulder 3 to become a joint between the workpieces 6a and 6b. It is also possible to assume a reaction force when pressing against it. Therefore, in the Z-axis table 12, by applying a load to the probe 2 in consideration of the desired pressing force of the probe 2 and the force for canceling the assumed reaction force, the workpiece of the probe 2 is applied. The pressing force for 6a and 6b can be controlled to a desired value.

上記プローブ2の適正な押し圧制御により摩擦撹拌接合を進行させるときに、上記ワーク6aと6bの表面高さ位置に多少の変動が生じている場合は、該プローブ2の押し圧を一定に保持するために、Z軸テーブル12により該プローブ2の高さ位置を変化させることがあるが、この場合でも、上記固定式ショルダー3の高さ位置は、上記コイルばね4の変形により該ワーク6aと6bの表面に倣うように自動的に調整される。よって、この場合にも、上記固定式ショルダー3の上記ワーク6aと6bに対する押し圧は、上記したプローブ2の位置制御の場合と同様に、ほぼ一定に保持されるようになるため、摩擦撹拌接合が行われる上記ワーク6aと6bの接合部では、上記固定式ショルダー3が、上記適正な押し圧で押し付けられるようになる。   When the friction stir welding is advanced by appropriate pressing pressure control of the probe 2, if the surface height position of the workpieces 6a and 6b slightly varies, the pressing pressure of the probe 2 is kept constant. In order to do this, the height position of the probe 2 may be changed by the Z-axis table 12, but even in this case, the height position of the fixed shoulder 3 is different from that of the workpiece 6 a by deformation of the coil spring 4. It is automatically adjusted to follow the surface of 6b. Therefore, in this case as well, the pressing force of the fixed shoulder 3 against the workpieces 6a and 6b is maintained substantially constant as in the case of the position control of the probe 2 described above, so that friction stir welding is performed. At the joint between the workpieces 6a and 6b, the fixed shoulder 3 is pressed with the appropriate pressing force.

更に、上記摩擦撹拌接合ツール1は、上記固定式ショルダー3のワーク接触面44aと44bのいずれか一方が、ワーク6aと6bの対応する面に片当りする場合には、上記コイルばね4の変形により該固定式ショルダー3の位置が自動的に調整されるようになるため、上記プローブ2の位置が保持できなくなったり、該プローブ2のワーク6aと6bに対する押し圧が変化したりする虞を解消することができる。   Further, in the friction stir welding tool 1, when either one of the workpiece contact surfaces 44a and 44b of the fixed shoulder 3 comes into contact with the corresponding surface of the workpieces 6a and 6b, the coil spring 4 is deformed. Since the position of the fixed shoulder 3 is automatically adjusted by this, the possibility that the position of the probe 2 cannot be maintained or the pressing force of the probe 2 against the workpieces 6a and 6b is changed is eliminated. can do.

したがって、上記摩擦撹拌接合ツール1により施工するワーク6aと6bの摩擦撹拌接合は、施工状態を安定化させることができる。   Therefore, the friction stir welding of the workpieces 6a and 6b constructed by the friction stir welding tool 1 can stabilize the construction state.

上記ワーク6aと6bの接合線7の全長に亘る摩擦撹拌接合を施工させた後は、上記Z軸テーブル12及びY軸テーブル13を共に位置制御モードに設定して、上記摩擦撹拌接合ツール1を、上記主軸ユニット5と共に、摩擦撹拌接合されたワーク6aと6bと干渉しない位置まで退避させると共に、上記プローブ2の回転駆動を停止させて、該ワーク6aと6bのはね出し等を行うようにすればよい。   After the friction stir welding is performed over the entire length of the joining line 7 of the workpieces 6a and 6b, both the Z-axis table 12 and the Y-axis table 13 are set to the position control mode, and the friction stir welding tool 1 is used. The spindle unit 5 is withdrawn to a position where it does not interfere with the friction stir welded workpieces 6a and 6b, and the rotation drive of the probe 2 is stopped so that the workpieces 6a and 6b are ejected. do it.

このように、本発明の摩擦撹拌接合装置によれば、ワーク6aと6bの接合線7に沿う位置でのすみ肉の摩擦撹拌接合を行うことができる。   Thus, according to the friction stir welding apparatus of the present invention, the friction stir welding of the fillet can be performed at the position along the joining line 7 of the workpieces 6a and 6b.

又、上記本発明の摩擦撹拌接合装置は、ワーク6aと6bの摩擦撹拌接合を実施する際に、上記プローブ2の先端位置、又は、押し圧荷重のみに集中(着目)して施工管理を行うことができるため、再現性が高く、安定した品質の摩擦撹拌接合の施工を実現することができる。   The friction stir welding apparatus of the present invention performs construction management by focusing (focusing on) only the tip position of the probe 2 or the pressing load when performing the friction stir welding of the workpieces 6a and 6b. Therefore, it is possible to realize the friction stir welding with high reproducibility and stable quality.

しかも、上記ワーク6aと6bのすみ肉の摩擦撹拌接合では、上記固定式ショルダー3のワーク6aと6bに対する片当りが生じる虞があるが、該片当りが生じたとしても、摩擦撹拌接合の施工状態が影響を受けて悪化することを防止できる。   In addition, in the friction stir welding of the fillets of the workpieces 6a and 6b, there is a risk that the fixed shoulder 3 may come into contact with the workpieces 6a and 6b. It is possible to prevent the state from being affected and getting worse.

したがって、本発明の摩擦撹拌接合装置は、摩擦撹拌接合の施工条件の安定に伴い、摩擦撹拌接合により製造する製品の品質の向上化を図ることが可能になる。   Therefore, the friction stir welding apparatus of the present invention can improve the quality of products manufactured by friction stir welding as the construction conditions for friction stir welding are stabilized.

又、上記摩擦撹拌接合ツール1は、上記コイルばね4の変形により、上記固定式ショルダー3のプローブ挿通孔45の下方へ突出させるプローブ2の突出量を変化させることができると共に、このプローブ2の突出量の変化に伴って上記コイルばね4が多少変形しても、該コイルばね4の復元力により上記固定式ショルダー3に付与されるワーク6a,6bに対する押し圧の大幅な変化は防止できる。   Further, the friction stir welding tool 1 can change the protruding amount of the probe 2 that protrudes below the probe insertion hole 45 of the fixed shoulder 3 by deformation of the coil spring 4. Even if the coil spring 4 is deformed to some extent as the protrusion amount changes, it is possible to prevent a significant change in the pressing force applied to the fixed shoulder 3 by the restoring force of the coil spring 4 against the workpieces 6a and 6b.

よって、本発明の摩擦撹拌接合装置は、厚み寸法が異なるワーク6aと6bの摩擦撹拌接合を、摩擦撹拌接合ツール1を交換することなく施工することができる。又、摩擦撹拌接合を行うときには、ワーク6aと6bに対するプローブ2の没入量を自在に変更することができる。したがって、本発明の摩擦撹拌接合装置は、様々な厚み、様々な素材のワーク6aと6bの摩擦撹拌接合に容易に適用することができる。   Therefore, the friction stir welding apparatus of the present invention can construct the friction stir welding of the workpieces 6a and 6b having different thickness dimensions without exchanging the friction stir welding tool 1. Moreover, when performing friction stir welding, the immersion amount of the probe 2 with respect to the workpieces 6a and 6b can be freely changed. Therefore, the friction stir welding apparatus of the present invention can be easily applied to the friction stir welding of the workpieces 6a and 6b having various thicknesses and various materials.

上記実施の形態では、摩擦撹拌接合ツール1における固定式ショルダー3のプローブ挿通孔45の段差部46側に設けるコイルばね4と、プローブ2の回転駆動軸42の段差部43との間に介装させるベアリングとしては、スラストベアリング47を例示したが、図4に示すように、上記コイルばね4と、回転駆動軸42の段差部43との間に、ラジアルベアリング53を介装させるようにした構成としてもよい。   In the embodiment described above, the coil spring 4 provided on the stepped portion 46 side of the probe insertion hole 45 of the fixed shoulder 3 in the friction stir welding tool 1 and the stepped portion 43 of the rotational drive shaft 42 of the probe 2 are interposed. The thrust bearing 47 is exemplified as the bearing to be used. However, as shown in FIG. 4, the radial bearing 53 is interposed between the coil spring 4 and the stepped portion 43 of the rotary drive shaft 42. It is good.

この場合は、上記ラジアルベアリング53の外輪53aと内輪53bのいずれか一方を上記プローブ2の回転駆動軸42の段差部43側に取り付け、いずれか他方を上記コイルばね4側に取り付けるようにすればよい。図4では、内輪53bを上記回転駆動軸42の段差部43側に取り付け、外輪53aを上記コイルばね4側にリング状の取付部材54を介して取り付けた状態が示してある。   In this case, if one of the outer ring 53a and the inner ring 53b of the radial bearing 53 is attached to the stepped portion 43 side of the rotational drive shaft 42 of the probe 2, and the other is attached to the coil spring 4 side. Good. FIG. 4 shows a state in which the inner ring 53b is attached to the stepped portion 43 side of the rotary drive shaft 42 and the outer ring 53a is attached to the coil spring 4 side via a ring-shaped attachment member 54.

なお、上記ラジアルベアリング53としては、深溝ベアリングやアンギュラベアリング等、いかなる形式のラジアルベアリングを採用してもよい。   As the radial bearing 53, any type of radial bearing such as a deep groove bearing or an angular bearing may be adopted.

かかる構成としてある摩擦撹拌接合ツール1を備えた本発明の摩擦撹拌接合装置によっても、上記したと同様の効果を得ることができる。   The same effect as described above can be obtained also by the friction stir welding apparatus of the present invention provided with the friction stir welding tool 1 having such a configuration.

次いで、図5は本発明の実施の更に他の形態として、図1乃至図3(a)(b)と同様の構成における摩擦撹拌接合ツールの別の例を示すものである。   Next, FIG. 5 shows another example of the friction stir welding tool having the same configuration as that of FIGS. 1 to 3A and 3B as still another embodiment of the present invention.

すなわち、本実施の形態の摩擦撹拌接合装置における摩擦撹拌接合ツールは、図5に符号1Aで示すもので、図3(a)(b)に示した摩擦撹拌接合ツール1と同様の構成において、固定式ショルダー3のプローブ挿通孔45の段差部46と、プローブ2の回転駆動軸42の各段差部43との間にスラストベアリング47と共にコイルばね4を介装させた構成に代えて、各ガイドピン51の外周における固定式ショルダー3のフランジ部48と、主軸ユニット5のケーシング50の下端部との間に、個別のコイルばね4aを介装させて設ける構成としたものである。   That is, the friction stir welding tool in the friction stir welding apparatus of the present embodiment is indicated by reference numeral 1A in FIG. 5 and has the same configuration as the friction stir welding tool 1 shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b). Instead of a configuration in which the coil spring 4 is interposed together with the thrust bearing 47 between the stepped portion 46 of the probe insertion hole 45 of the fixed shoulder 3 and each stepped portion 43 of the rotary drive shaft 42 of the probe 2, each guide A configuration is provided in which an individual coil spring 4 a is interposed between the flange portion 48 of the fixed shoulder 3 on the outer periphery of the pin 51 and the lower end portion of the casing 50 of the spindle unit 5.

上記各コイルばね4aの自然長は、図3(a)に示したコイルばね4と同様に設定してあるものとする。   It is assumed that the natural length of each coil spring 4a is set in the same manner as the coil spring 4 shown in FIG.

又、上記各コイルばね4aのばね定数は、上記プローブ2を上記固定式ショルダー3のプローブ挿通孔45より下方へ突出させるときに圧縮変形状態とされる上記すべてのコイルばね4aの復元力の和が、図3(a)に示したコイルばね4が同様に圧縮変形されたときの復元力と同等となるように設定してあるものとする。   The spring constant of each coil spring 4a is the sum of the restoring forces of all the coil springs 4a that are compressed and deformed when the probe 2 protrudes downward from the probe insertion hole 45 of the fixed shoulder 3. However, it is assumed that the coil spring 4 shown in FIG. 3A is set to be equivalent to the restoring force when it is similarly compressed and deformed.

その他の構成は図1乃至図3(a)(b)に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。   Other configurations are the same as those shown in FIGS. 1 to 3A and 3B, and the same components are denoted by the same reference numerals.

本実施の形態の摩擦撹拌接合装置によっても、図1乃至図3(a)(b)に示した摩擦撹拌接合装置と同様に使用することで、同様の効果を得ることができる。   By using the friction stir welding apparatus of the present embodiment as well as the friction stir welding apparatus shown in FIGS. 1 to 3A and 3B, the same effect can be obtained.

更に、本実施の形態の摩擦撹拌接合装置では、各コイルばね4を、共に回転しない構成部材である固定式ショルダー3と、主軸ユニット5のケーシング50との間に介装していることから、ベアリングを不要にできて、装置の製造やメンテナンスに要するコストの低減化を図ることができる。   Furthermore, in the friction stir welding apparatus of the present embodiment, each coil spring 4 is interposed between the fixed shoulder 3 that is a component that does not rotate together and the casing 50 of the spindle unit 5. A bearing can be made unnecessary, and the cost required for manufacturing and maintaining the apparatus can be reduced.

なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されるものではなく、図1乃至3(a)(b)の実施の形態、及び、図4の実施の形態の摩擦撹拌接合ツール1における固定式ショルダー3のプローブ挿通孔45の段差部46と、プローブ2の回転駆動軸42の段差部43との間にベアリング47又は53と共に介装させるばね部材、並びに、図5の実施の形態の摩擦撹拌接合ツール1Aにおける固定式ショルダー3と、主軸ユニット5のケーシングの下端部との間に介装させるばね部材は、上記固定式ショルダー3をプローブ2の基端側から先端側となる向きに付勢することができるようにしてあれば、皿ばねやその他、コイルばね4,4a以外の任意の形式のばね部材を採用してもよい。更には、上記固定式ショルダー3をプローブ2の基端側から先端側となる向きに付勢することができ、且つ摩擦撹拌接合の実施時に作用する熱に対する耐熱性を備えていれば、上記コイルばね4,4a等のばね部材に代えて、任意の弾性部材を用いるようにしてもよい。この場合、上記任意のばね部材や弾性部材のばね定数は、前記したコイルばね4,4aのばね定数の設定手法と同様にして定めることにより、上記プローブ2のワーク6aと6bの接合部に対する没入量又は押し圧を調整することに伴って、上記固定式ショルダー3の上記接合部に対する押し圧を適正に制御できるという効果、及び、上記ワーク6a,6bの表面の位置が多少変化しても、上記固定式ショルダー3の押し圧の大幅な変化を防止できるという効果を得ることができる。   In addition, this invention is not limited only to the said embodiment, The fixed type in the friction stir welding tool 1 of embodiment of FIG. 1 thru | or 3 (a) (b) and embodiment of FIG. A spring member interposed together with a bearing 47 or 53 between the stepped portion 46 of the probe insertion hole 45 of the shoulder 3 and the stepped portion 43 of the rotary drive shaft 42 of the probe 2, and the friction stirrer of the embodiment of FIG. The spring member interposed between the fixed shoulder 3 in the joining tool 1A and the lower end of the casing of the spindle unit 5 biases the fixed shoulder 3 in the direction from the proximal end side to the distal end side of the probe 2. As long as it is possible to do so, a disc spring or any other type of spring member other than the coil springs 4 and 4a may be employed. Furthermore, if the fixed shoulder 3 can be urged in the direction from the proximal end side to the distal end side of the probe 2 and has heat resistance against heat acting during the friction stir welding, the coil An arbitrary elastic member may be used instead of the spring members such as the springs 4 and 4a. In this case, the spring constant of the arbitrary spring member or elastic member is determined in the same manner as the method for setting the spring constant of the coil springs 4 and 4a, so that the probe 2 is immersed in the joint portion of the workpieces 6a and 6b. With the adjustment of the amount or the pressing pressure, even if the effect that the pressing pressure on the joint portion of the fixed shoulder 3 can be properly controlled and the position of the surfaces of the workpieces 6a and 6b slightly change, It is possible to obtain an effect that a significant change in the pressing pressure of the fixed shoulder 3 can be prevented.

固定式ショルダー3の移動方向をプローブ2の軸心方向に沿う方向となるようにガイドすることができるようにしてあれば、たとえば、上記主軸ユニット5のケーシング50に、上記プローブ2の軸心方向と平行に延びるリニアガイドを設置し、該リニアガイドの移動体に、上記固定式ショルダー3を、支持アームを介して取り付けた構成のガイド手段を採用する等、主軸ユニット5のケーシング50に設置したガイドピン51と、固定式ショルダー3に設けたガイド孔49とからなる構成以外の任意の形式のガイド手段を採用してもよい。この場合、上記固定式ショルダー3をプローブ2の基端側から先端側となる向きに付勢するための弾性部材は、上記主軸ユニット5のケーシング50と、上記リニアガイドの移動体との間に介装させて設けるようにしてもよい。   If the moving direction of the fixed shoulder 3 can be guided so as to be along the axial direction of the probe 2, for example, the casing 50 of the main spindle unit 5 can be guided to the axial direction of the probe 2. A linear guide extending in parallel with the linear guide is installed, and the fixed body 3 is installed on the casing 50 of the spindle unit 5 by adopting a guide means in which the fixed shoulder 3 is attached via a support arm. Any type of guide means other than the configuration including the guide pin 51 and the guide hole 49 provided in the fixed shoulder 3 may be employed. In this case, the elastic member for urging the fixed shoulder 3 in the direction from the proximal end side to the distal end side of the probe 2 is between the casing 50 of the spindle unit 5 and the moving body of the linear guide. You may make it provide by interposing.

X軸テーブル10、Z軸テーブル12、Y軸テーブル13は、各テーブル本体16,26,35をそれぞれ対応する軸方向に移動させることができるようにしてあれば、台形ねじによる直動機構や、ラックとピニオンによる直動機構、更には、油圧シリンダーによる直動機構等、ボールねじ直動機構17,27,36以外のいかなる形式の直動機構を採用してもよい。   As long as the X-axis table 10, the Z-axis table 12, and the Y-axis table 13 can move the respective table bodies 16, 26, and 35 in the corresponding axial directions, a linear motion mechanism using trapezoidal screws, Any type of linear motion mechanism other than the ball screw linear motion mechanisms 17, 27, 36, such as a linear motion mechanism using a rack and a pinion, or a linear motion mechanism using a hydraulic cylinder, may be employed.

Z軸テーブル12に備える荷重計測手段は、プローブ2のワーク6a,6bに対する押し圧を計測することができるようにしてあれば、設置個所は適宜変更してもよく、又、ロードセル以外の任意の形式の荷重計測手段を採用してもよい。   As long as the load measuring means provided in the Z-axis table 12 can measure the pressing force of the probe 2 against the workpieces 6a and 6b, the installation location may be changed as appropriate, and any load cell other than the load cell may be used. A type of load measuring means may be employed.

摩擦撹拌接合ツール1の固定式ショルダー3は、下端部が2つのワーク接触面44aと44bとからなるV字形状として、すみ肉の接合を行うワーク6aと6bの接合線7を挟んだ傾斜面に沿わせて配置できる形状としてあれば、上部側の形状はいかなる形状であってもよい。   The fixed shoulder 3 of the friction stir welding tool 1 has a V-shaped lower end made up of two workpiece contact surfaces 44a and 44b, and an inclined surface sandwiching the joining line 7 of the workpieces 6a and 6b for joining fillet As long as the shape can be arranged along the shape, the shape on the upper side may be any shape.

X軸テーブル10上に設けてワーク6aと6bを保持するための治具23は、支持ブロック23aのV字状の溝23bの各斜面に沿って配置されたワーク6aと6bを、変位を防止して保持できるようにしてあれば、たとえば、図6に示すように、上記V字状の溝23bの各斜面に沿って配置されたワーク6aと6bの該各斜面の上端側に位置する端面に、個別の押さえ部材23cを押し付けるよう配置した状態で、該各押さえ部材23cを、ボルト23dを介して支持ブロック23aに固定させる構成としてもよい。図6におけるその他の構成は図3(a)に示したものと同様であり、同一のものには同一の符号が付してある。   The jig 23 provided on the X-axis table 10 for holding the workpieces 6a and 6b prevents the workpieces 6a and 6b arranged along the inclined surfaces of the V-shaped grooves 23b of the support block 23a from being displaced. For example, as shown in FIG. 6, the end surfaces of the workpieces 6a and 6b arranged along the slopes of the V-shaped groove 23b located on the upper end side of the slopes as shown in FIG. In addition, the pressing members 23c may be fixed to the support block 23a via the bolts 23d in a state where the pressing members 23c are arranged to be pressed. The other configurations in FIG. 6 are the same as those shown in FIG. 3A, and the same components are denoted by the same reference numerals.

更には、ワーク6aと6bの支持ブロック23aへの固定は、X軸方向の所定間隔個所を、図3(a)に示した形式の固定手法と、図6に示した形式の固定手法を交互に用いて実施させるようにしてもよく、その他、図示した以外のいかなる形式の固定手法を採用してもよい。   Furthermore, the workpieces 6a and 6b are fixed to the support block 23a by alternately changing the fixing method of the type shown in FIG. 3A and the fixing method of the type shown in FIG. In addition, any type of fixing method other than that shown in the drawings may be adopted.

更に、本発明の摩擦撹拌接合装置は、摩擦撹拌接合ツール1の固定式ショルダー3を、下端部が平面となる形状として、同一平面に配置された2つのワークの突き合わせ端部同士の摩擦撹拌接合に適用してもよい。   Furthermore, the friction stir welding apparatus of the present invention is configured so that the fixed shoulder 3 of the friction stir welding tool 1 has a shape with a flat bottom end, and friction stir welding between the butted ends of two workpieces arranged on the same plane. You may apply to.

その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。   Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

1,1A 摩擦撹拌接合ツール
2 プローブ
3 固定式ショルダー
4,4a コイルばね(弾性部材)
5 主軸ユニット
6a,6b ワーク
7 接合線
42 回転駆動軸
44a,44b ワーク接触面
45 プローブ挿通孔
51 ガイドピン(ガイド手段)
1, 1A Friction stir welding tool 2 Probe 3 Fixed shoulder 4, 4a Coil spring (elastic member)
5 Spindle unit 6a, 6b Work piece 7 Join line 42 Rotation drive shaft 44a, 44b Work piece contact surface 45 Probe insertion hole 51 Guide pin (guide means)

Claims (4)

主軸ユニットの回転駆動軸の先端部に基端側を接続したプローブと、上記プローブ及び回転駆動軸を挿通させるためのプローブ挿通孔を備えて上記プローブの基端側及び上記回転駆動軸の先端側の外周に配置した固定式ショルダーとからなる摩擦撹拌接合ツールと、
上記固定式ショルダーを、上記プローブ挿通孔より上記プローブが突出している状態で、上記プローブの軸心方向に沿う方向に移動可能に支持するためのガイド手段と、
上記固定式ショルダーを、上記プローブの基端側から先端側となる向きに付勢するための弾性部材と、を備えてなる構成
を有することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
A probe having a proximal end connected to the distal end portion of the rotational drive shaft of the spindle unit, and a probe insertion hole for allowing the probe and the rotational drive shaft to pass therethrough, and a proximal end side of the probe and a distal end side of the rotational drive shaft A friction stir welding tool composed of a fixed shoulder disposed on the outer periphery of
Guide means for supporting the fixed shoulder so as to be movable in a direction along the axial direction of the probe in a state where the probe protrudes from the probe insertion hole ,
A friction stir welding apparatus comprising: an elastic member for urging the fixed shoulder in a direction from the proximal end side to the distal end side of the probe.
上記弾性部材は、上記プローブの上記固定式ショルダーのプローブ挿通孔からの突出量が、該プローブのワークの接合部に対する所定の没入量と対応する寸法、又は、プローブを所定の押し圧でワークの接合部へ押し付ける際に該プローブが接合部へ没入すると想定される没入量と対応する寸法になるときに、該弾性部材の復元力が、上記固定式ショルダーのワークに対する押し圧に一致するように、該弾性部材のばね定数を設定するようにした請求項1記載の摩擦撹拌接合装置。 The elastic member, the protruding amount from the probe insertion hole of the fixing shoulder of the probe, a work corresponding dimensions to a predetermined immersion amount to the bonding portion of the work of the probe, or the probe at a predetermined pressing force when the probe when pressed to the junction is corresponding dimensions and immersion amount that is supposed to immersion into junction, so that the restoring force of the elastic member corresponds to the pushing pressure against the fixed shoulder of the workpiece The friction stir welding apparatus according to claim 1, wherein a spring constant of the elastic member is set. 上記固定式ショルダーは、すみ肉接合対象のワークの接合線を挟んだ傾斜面にそれぞれ接触させるための2つのワーク接触面による下端部を備えてなる構成とした請求項1又は2記載の摩擦撹拌接合装置。 The stationary shoulder, corner friction stir according to claim 1 or 2, wherein was equipped composed constitutes the lower end by two work contact surface for contacting the respective inclined surfaces across the bondline meat bonding target workpiece Joining device. 上記固定式ショルダーは、下端部を平面形状とした請求項1又は2記載の摩擦撹拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 1 or 2, wherein the fixed shoulder has a flat bottom end.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111230281A (en) * 2018-11-29 2020-06-05 南京理工大学 Efficient static shaft shoulder stirring head for high-strength aluminum alloy variable-angle joint

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9010613B1 (en) * 2013-12-16 2015-04-21 The Boeing Company Apparatus for friction stir welding
US8857696B1 (en) * 2014-04-01 2014-10-14 King Fahd University Of Petroleum And Minerals Method and tool for friction stir welding
KR101616751B1 (en) * 2014-08-12 2016-05-02 (주)태광테크 Friction stir welding tool unit
JP2016128178A (en) * 2015-01-09 2016-07-14 株式会社Ihi Friction agitation joining device
JP2016128177A (en) * 2015-01-09 2016-07-14 株式会社Ihi Friction agitation joining device
CN106624340B (en) * 2016-12-30 2022-08-26 广东省科学院中乌焊接研究所 Floating double-shaft-shoulder friction stir welding tool and method for space welding
CN106670642B (en) * 2017-01-23 2019-02-19 沈阳航空航天大学 A kind of friction stir welding tools and the method with tool reparation keyhole defect
CN107931822B (en) * 2017-11-27 2020-11-06 南京理工大学 Static shaft shoulder friction stir welding device and method for variable-angle joint
CN108971741A (en) * 2018-08-29 2018-12-11 哈尔滨工业大学(威海) A kind of static shaft shoulder agitation soldering method of T junction fillet weld
CN109604809A (en) * 2018-12-13 2019-04-12 湖南坤鼎数控科技有限公司 A kind of automatic pumpback stirring-head
TWI761949B (en) * 2020-09-14 2022-04-21 喬崴進科技股份有限公司 Friction stir welding adapter and tool holder having a spindle torque transmission system
JP6986651B1 (en) * 2021-07-30 2021-12-22 株式会社日立パワーソリューションズ Friction stir welding device, friction stir welding method
CN113523536B (en) * 2021-08-04 2023-04-18 重庆新铝时代科技股份有限公司 Welding process of L-shaped large-section cavity profile
CN113953646B (en) * 2021-11-18 2023-02-03 江苏科技大学 Magnetic field adjustable block rotating magnetic field auxiliary static shaft shoulder stirring friction device
CN116275463B (en) * 2023-05-25 2023-08-11 合肥工业大学 Shoulder angle adjustable friction stir welding stirring head applicable to angle joint

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4240579B2 (en) * 1998-05-22 2009-03-18 日本軽金属株式会社 Inner corner friction stir welding probe and inner corner friction stir welding method using the same
JP3516913B2 (en) * 2000-10-11 2004-04-05 川崎重工業株式会社 Spot joining apparatus and spot joining method
JP3534735B2 (en) * 2001-12-28 2004-06-07 川崎重工業株式会社 Spot joining system and fixing device
JP2006116566A (en) * 2004-10-21 2006-05-11 Fuji Heavy Ind Ltd Friction-stir joining tool and friction-stir joining method
JP4754256B2 (en) * 2005-04-19 2011-08-24 住友軽金属工業株式会社 Rotating tool for friction stir spot welding and friction stir spot joining method using the same
US8052028B2 (en) * 2008-06-16 2011-11-08 GM Global Technology Operations LLC Device for use with a friction stir spot welding (FSSW) apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111230281A (en) * 2018-11-29 2020-06-05 南京理工大学 Efficient static shaft shoulder stirring head for high-strength aluminum alloy variable-angle joint

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Publication number Publication date
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