JP6284444B2 - 摩擦撹拌接合方法及び摩擦撹拌接合装置 - Google Patents
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
5 金属板
6 開先部
7 タブ板
8a,8b 有底孔
9 溶接線
10 摩擦撹拌工具
11 第1押圧回転機構
12 第2押圧回転機構
13 第1移動機構
14 第2移動機構
16 工具負荷検出器
20 制御部
21 第1回転ツール
22 第2回転ツール
31 第1ツール本体
32 第1プローブ
32a 第1先端面
35 第1ショルダ部
35a 第1ショルダ面
36 凹部
41 第2ツール本体
42 第2プローブ
42a 第2先端面
45 第2ショルダ部
45a 第2ショルダ面
51 第1モータ負荷検出器
52 第2モータ負荷検出器
100 摩擦撹拌接合装置
101 回転ツール
102 反力回転ツール
102a 当接面
102b 突起部
103 反転機構
111 ツール本体
112 プローブ
115 ショルダ部
120 摩擦撹拌接合装置
121 接合部
122 接合欠陥部
131 補修用回転ツール
132 反力回転ツール
141 ツール本体
142 プローブ
145 ショルダ部
150 摩擦撹拌接合装置
151 回転ツール
152 反力回転ツール
161 第1ツール本体
162 第1プローブピン
165 第1ショルダ部
166 第1挿通穴
167 第1軸移動回転機構
171 第2ツール本体
172 第2プローブピン
175 第2ショルダ部
176 第2挿通穴
177 第2軸移動回転機構
C ライン
I1 第1回転軸
I2 第2回転軸
Claims (16)
- 金属材の被接合部を挟んで、前記被接合部の厚さ方向の一方側に配置される第1回転ツールを回転させながら第1進行方向に移動させることで、前記被接合部に第1撹拌領域を形成する第1摩擦撹拌接合工程と、
前記第1摩擦撹拌接合工程と同時、または前記第1摩擦撹拌接合工程の実行後、前記被接合部を挟んで、前記厚さ方向の他方側に配置される第2回転ツールを回転させながら第2進行方向に移動させることで、前記被接合部に第2撹拌領域を形成する第2摩擦撹拌接合工程と、を備え、
前記第1撹拌領域は、前記厚さ方向において、前記被接合部の一方側から前記被接合部の内部に達する領域となっており、
前記第2撹拌領域は、前記厚さ方向において、前記被接合部の他方側から前記被接合部の内部に達する領域となっており、
前記第1撹拌領域と前記第2撹拌領域とは、前記厚さ方向において、前記被接合部の内部で相互に重複しており、
前記第1摩擦撹拌接合工程と同時に、前記第2摩擦撹拌接合工程を行う場合、
前記第1回転ツールの第1回転軸と、前記第2回転ツールの第2回転軸とは、平行に設けられ、
前記第1回転ツールと前記第2回転ツールとは、前記厚さ方向に直交する直交面内において、前記第1進行方向及び前記第2進行方向に直交する幅方向の左右に位置ずれして配置されることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 - 前記被接合部は、一対の金属材を突き合せることで形成される開先部であり、
前記開先部は、接合開始点から接合終了点に向かって延在する溶接線を形成し、
前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールは、前記溶接線上を移動することを特徴とする請求項1に記載の摩擦撹拌接合方法。 - 前記第1進行方向と前記第2進行方向とは、同じ進行方向となっており、
前記第1回転ツールは、前記厚さ方向における長さが、前記被接合部の一方側から前記被接合部の内部に達する長さに形成され、
前記第2回転ツールは、前記厚さ方向における長さが、前記被接合部の他方側から前記被接合部の内部に達する長さに形成され、
前記第1回転ツールと前記第2回転ツールとは、前記厚さ方向において、前記被接合部の内部で相互に重複すると共に、少なくとも前記進行方向の前後に位置ずれして配置されることを特徴とする請求項1または2に記載の摩擦撹拌接合方法。 - 前記第1回転ツールは、
前記被接合部の一方側の面と接する第1ショルダ部を有する第1ツール本体と、
前記第1ツール本体から前記第2回転ツール側に向かって突出する第1プローブと、を有し、
前記第2回転ツールは、
前記被接合部の他方側の面と接する第2ショルダ部を有する第2ツール本体と、
前記第2ツール本体から前記第1回転ツール側に向かって突出する第2プローブと、を有し、
前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールは、前記第1ショルダ部と前記第2ショルダ部との少なくとも一部が前記厚さ方向において重複する範囲で、位置ずれして配置されることを特徴とする請求項3に記載の摩擦撹拌接合方法。 - 前記第1回転ツールは、第1回転軸を中心に回転し、
前記第1ショルダ部は、外周面が円周面となっており、
前記第1プローブは、前記第2回転ツール側となる先端側の第1先端面が円形となっており、
前記第2回転ツールは、第2回転軸を中心に回転し、
前記第2ショルダ部は、外周面が円周面となっており、
前記第2プローブは、前記第1回転ツール側となる先端側の第2先端面が円形となっており、
前記第1回転軸と前記第2回転軸との間の距離をLとし、前記第1ショルダ部の直径をD1とし、前記第1先端面の直径をd1とし、前記第2ショルダ部の直径をD2とし、前記第2先端面の直径をd2とすると、
前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールは、
(D1/2+d2/2)≦(D2/2+d1/2)である場合、前記距離Lが(d1/2+d2/2)<L<(D1/2+d2/2)の範囲となるように、位置ずれして配置され、
(D1/2+d2/2)≧(D2/2+d1/2)である場合、前記距離Lが(d1/2+d2/2)<L<(D2/2+d1/2)の範囲となるように、位置ずれして配置されることを特徴とする請求項4に記載の摩擦撹拌接合方法。 - 前記厚さ方向の一方側から前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールを見たとき、前記第1回転ツールの回転方向と前記第2回転ツールの回転方向とは、相互に逆回転となっていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合方法。
- 前記第1回転ツールと前記第2回転ツールとは、同じ形状であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合方法。
- 金属材の被接合部を挟んで、前記被接合部の厚さ方向の一方側に配置される第1回転ツールを回転させながら第1進行方向に移動させることで、前記被接合部に第1撹拌領域を形成する第1摩擦撹拌接合工程と、
前記第1摩擦撹拌接合工程と同時、または前記第1摩擦撹拌接合工程の実行後、前記被接合部を挟んで、前記厚さ方向の他方側に配置される第2回転ツールを回転させながら第2進行方向に移動させることで、前記被接合部に第2撹拌領域を形成する第2摩擦撹拌接合工程と、を備え、
前記第1撹拌領域は、前記厚さ方向において、前記被接合部の一方側から前記被接合部の内部に達する領域となっており、
前記第2撹拌領域は、前記厚さ方向において、前記被接合部の他方側から前記被接合部の内部に達する領域となっており、
前記第1撹拌領域と前記第2撹拌領域とは、前記厚さ方向において、前記被接合部の内部で相互に重複しており、
前記第1摩擦撹拌接合工程の実行後、前記第2摩擦撹拌接合工程を行う場合、
前記第1摩擦撹拌接合工程では、前記被接合部を挟んで、前記第1回転ツールの反対側に設けられ、前記被接合部の前記厚さ方向の他方側に当接する第1当接面を有する、前記第1回転ツールに反力を与える第1反力回転ツールが配置され、
前記第2摩擦撹拌接合工程では、前記被接合部を挟んで、前記第2回転ツールの反対側に設けられ、前記被接合部の前記厚さ方向の一方側に当接する第2当接面を有する、前記第2回転ツールに反力を与える第2反力回転ツールが配置され、
前記第1回転ツールは、
前記被接合部の一方側の面と接する第1ショルダ部を有する第1ツール本体と、
前記第1回転ツールの第1回転軸に沿って、前記第1ツール本体に貫通形成される第1挿通穴と、
前記第1挿通穴に挿通され、前記第1回転軸の軸方向に移動可能に構成されると共に、前記第1ツール本体から前記第1反力回転ツールに向かって突出する第1プローブピンと、を有し、
前記第1反力回転ツールは、
前記被接合部の他方側の面と接する第2ショルダ部を有する第2ツール本体と、
前記第1反力回転ツールの第2回転軸に沿って、前記第2ツール本体に貫通形成される第2挿通穴と、
前記第2挿通穴に挿通され、前記第2回転軸の軸方向に移動可能に構成されると共に、前記第2ツール本体から前記第1回転ツールに向かって突出する第2プローブピンと、を有し、
前記第1摩擦撹拌接合工程では、前記第1回転ツール及び前記第1反力回転ツールを、前記第1回転軸と前記第2回転軸とが同軸上となるように配置し、前記第1プローブピンと前記第2プローブピンとを所定の隙間を空けて対向させ、前記第1プローブピンの突出長さを、前記第2プローブピンよりも長くしており、
前記第1摩擦撹拌接合工程の実行後、前記第1回転ツールの前記第1プローブピンの突出長さと、前記第1反力回転ツールの前記第2プローブピンの突出長さとを変位させ、前記第2プローブピンの突出長さを、前記第1プローブピンよりも長くすることで、前記第1回転ツールを前記第2反力回転ツールとし、前記第1反力回転ツールを前記第2回転ツールとする入替工程を、さらに備えることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 - 前記第1摩擦撹拌接合工程の実行後、前記金属材の位置を維持した状態で、前記第2摩擦撹拌接合工程を実行することを特徴とする請求項8に記載の摩擦撹拌接合方法。
- 前記被接合部の前記厚さ方向が鉛直方向である場合、
前記第1摩擦撹拌接合工程では、前記第1回転ツールが前記被接合部の上方側となるように配置されることを特徴とする請求項8または9に記載の摩擦撹拌接合方法。 - 前記第1進行方向と前記第2進行方向とは、逆方向となっていることを特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合方法。
- 前記被接合部が摩擦撹拌接合されることで形成された前記金属材の接合部に発生する接合欠陥部を補修する場合、
前記接合部を挟んで、前記接合部の厚さ方向の一方側に配置される補修用回転ツールと、前記接合部を挟んで、前記厚さ方向の他方側に配置され、前記補修用回転ツールに反力を与える反力回転ツールとを回転させながら、所定の進行方向に移動させることで、前記接合部の補修を行っており、
前記補修用回転ツールは、前記厚さ方向における長さが、前記接合部の一方側から前記接合部の内部に達すると共に、前記接合欠陥部を覆う長さとなっていることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合方法。 - 金属材の被接合部を挟んで、前記被接合部の厚さ方向の一方側に配置され、前記被接合部の一方側から前記被接合部の内部に達する長さとなる第1回転ツールと、
前記被接合部を挟んで、前記厚さ方向の他方側に配置され、前記被接合部の他方側から前記被接合部の内部に達する長さとなる第2回転ツールと、を備え、
前記第1回転ツールは、回転しながら第1進行方向に移動することで、前記被接合部に第1撹拌領域を形成し、
前記第2回転ツールは、回転しながら第2進行方向に移動することで、前記被接合部に第2撹拌領域を形成し、
前記第1撹拌領域と前記第2撹拌領域とは、前記厚さ方向において、前記被接合部の内部で相互に重複しており、
前記第1回転ツールの第1回転軸と、前記第2回転ツールの第2回転軸とは、平行に設けられ、
前記第1回転ツールと前記第2回転ツールとは、前記厚さ方向に直交する直交面内において、前記第1進行方向及び前記第2進行方向に直交する幅方向の左右に位置ずれして配置されることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 - 前記第1進行方向と前記第2進行方向とは、同じ進行方向となっており、
前記第1回転ツール及び前記第2回転ツールは、前記被接合部の前記厚さ方向における両側を挟んで回転しながら、前記進行方向に移動して摩擦撹拌接合を行っており、
前記第1回転ツールと前記第2回転ツールとは、前記厚さ方向において、前記被接合部の内部で相互に重複すると共に、少なくとも前記進行方向の前後に位置ずれして配置されることを特徴とする請求項13に記載の摩擦撹拌接合装置。 - 金属材の被接合部を挟んで、前記被接合部の厚さ方向の一方側に配置され、前記被接合部の一方側から前記被接合部の内部に達する長さとなる第1回転ツールと、
前記被接合部を挟んで、前記厚さ方向の他方側に配置され、前記被接合部の他方側から前記被接合部の内部に達する長さとなる第2回転ツールと、を備え、
前記第1回転ツールは、回転しながら第1進行方向に移動することで、前記被接合部に第1撹拌領域を形成し、
前記第2回転ツールは、回転しながら第2進行方向に移動することで、前記被接合部に第2撹拌領域を形成し、
前記第1撹拌領域と前記第2撹拌領域とは、前記厚さ方向において、前記被接合部の内部で相互に重複しており、
前記被接合部を挟んで、前記第1回転ツールの反対側に設けられ、前記第1回転ツールに反力を与える第1反力回転ツールと、
前記被接合部を挟んで、前記第2回転ツールの反対側に設けられ、前記第2回転ツールに反力を与える第2反力回転ツールと、をさらに備え、
前記第1回転ツール及び前記第1反力回転ツールは、前記被接合部の前記厚さ方向における両側を挟んで回転しながら、所定の進行方向に移動して第1摩擦撹拌接合を実行し、
前記第1摩擦撹拌接合の実行後、前記第2回転ツール及び前記第2反力回転ツールは、前記被接合部の前記厚さ方向における両側を挟んで回転しながら、所定の進行方向に移動して第2摩擦撹拌接合を実行しており、
前記第1回転ツールは、
前記被接合部の一方側の面と接する第1ショルダ部を有する第1ツール本体と、
前記第1回転ツールの第1回転軸に沿って、前記第1ツール本体に貫通形成される第1挿通穴と、
前記第1挿通穴に挿通され、前記第1回転軸の軸方向に移動可能に構成されると共に、前記第1ツール本体から前記第1反力回転ツールに向かって突出する第1プローブピンと、を有し、
前記第1反力回転ツールは、
前記被接合部の他方側の面と接する第2ショルダ部を有する第2ツール本体と、
前記第1反力回転ツールの第2回転軸に沿って、前記第2ツール本体に貫通形成される第2挿通穴と、
前記第2挿通穴に挿通され、前記第2回転軸の軸方向に移動可能に構成されると共に、前記第2ツール本体から前記第1回転ツールに向かって突出する第2プローブピンと、を有し、
前記第1摩擦撹拌接合では、前記第1回転ツール及び前記第1反力回転ツールを、前記第1回転軸と前記第2回転軸とが同軸上となるように配置し、前記第1プローブピンと前記第2プローブピンとを所定の隙間を空けて対向させ、前記第1プローブピンの突出長さを、前記第2プローブピンよりも長くしており、
前記第1摩擦撹拌接合の実行後、前記第1回転ツールの前記第1プローブピンの突出長さと、前記第1反力回転ツールの前記第2プローブピンの突出長さとを変位させ、前記第2プローブピンの突出長さを、前記第1プローブピンよりも長くすることで、前記第1回転ツールを前記第2反力回転ツールとし、前記第1反力回転ツールを前記第2回転ツールとすることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 - 前記被接合部が摩擦撹拌接合されることで形成された前記金属材の接合部に発生する接合欠陥部を補修する場合、
前記接合部を挟んで、前記接合部の厚さ方向の一方側に配置され、前記接合部の一方側から前記接合部の内部に達すると共に、前記接合欠陥部を覆う長さとなる補修用回転ツールと、
前記接合部を挟んで、前記厚さ方向の他方側に配置され、前記補修用回転ツールに反力を与える反力回転ツールと、を備え、
前記補修用回転ツール及び前記反力回転ツールは、前記接合部の前記厚さ方向における両側を挟んで回転しながら、所定の進行方向に移動することで、前記接合部の補修を実行することを特徴とする請求項13から15のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合装置。
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