JP7367319B2 - Friction stir welding equipment - Google Patents

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JP7367319B2 JP2019060855A JP2019060855A JP7367319B2 JP 7367319 B2 JP7367319 B2 JP 7367319B2 JP 2019060855 A JP2019060855 A JP 2019060855A JP 2019060855 A JP2019060855 A JP 2019060855A JP 7367319 B2 JP7367319 B2 JP 7367319B2
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Description

本開示は、摩擦撹拌接合装置に関する。 The present disclosure relates to a friction stir welding apparatus.

特許文献1には、接合ツールが取り付けられる主軸が大凡鉛直に配置された摩擦撹拌接合装置が開示されている。 Patent Document 1 discloses a friction stir welding apparatus in which a main shaft to which a welding tool is attached is arranged approximately vertically.

特開2000-135575号公報Japanese Patent Application Publication No. 2000-135575

しかし、特許文献1の摩擦撹拌接合装置では、融点が高い被接合部材を適切に摩擦撹拌接合することができなかった。 However, with the friction stir welding apparatus of Patent Document 1, it was not possible to appropriately friction stir weld members having a high melting point.

本開示は、融点が高い被接合部材を適切に摩擦撹拌接合することが可能な摩擦撹拌接合装置を提供することを目的としている。 An object of the present disclosure is to provide a friction stir welding apparatus that can appropriately friction stir weld members having a high melting point.

上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る摩擦撹拌接合装置は、地面に設置されるベース部と、ベース部の上面に設けられ、上面に沿った1軸方向に延在するレールと、1軸方向に延在し、レールに直接案内されて1軸方向に移動可能な主軸と、主軸の先端に取り付けられ、ツール本体およびピンを含む接合ツールと、接合ツールに対向配置され、被接合部材が設置されるステージと、ステージを主軸に垂直な方向に移動可能なステージ移動機構と、ステージを主軸に垂直な面に対して傾斜させるステージ傾斜機構と、を備え、主軸は、主軸に垂直な方向に移動する機構が設けられていなく、ステージ傾斜機構は、ステージを主軸に垂直な面に対して傾斜させた状態で維持させる保持機構を有するIn order to solve the above problems, a friction stir welding apparatus according to one aspect of the present disclosure includes a base part installed on the ground, and a rail provided on the upper surface of the base part and extending in a uniaxial direction along the upper surface. a main shaft that extends in one axis and is movable in one axis while being directly guided by the rail; a welding tool that is attached to the tip of the main shaft and includes a tool body and a pin; and a welding tool that is arranged opposite to the welding tool; The main shaft includes a stage on which the members to be joined are installed, a stage moving mechanism that can move the stage in a direction perpendicular to the main axis, and a stage tilting mechanism that tilts the stage with respect to a plane perpendicular to the main axis. A mechanism for moving the stage in a direction perpendicular to the main axis is not provided, and the stage tilting mechanism has a holding mechanism that maintains the stage in a state tilted with respect to a plane perpendicular to the main axis.

また、1軸方向は水平方向における一方向であってもよい。 Further, the uniaxial direction may be one direction in the horizontal direction.

また、ステージ傾斜機構は、主軸の中心軸の延長線と垂直に交差する旋回中心軸周りにステージを回転させてもよい。 Further, the stage tilting mechanism may rotate the stage around a pivot axis that intersects perpendicularly with an extension of the central axis of the main shaft.

また、ステージは、主軸と共通のベース部に支持されてもよい。 Further, the stage may be supported by a common base portion with the main shaft.

本開示によれば、融点が高い被接合部材を適切に摩擦撹拌接合することが可能となる。 According to the present disclosure, it is possible to appropriately friction stir weld members having a high melting point.

本実施形態による摩擦撹拌接合装置の概略側面図である。FIG. 1 is a schematic side view of a friction stir welding apparatus according to the present embodiment. 摩擦撹拌接合装置の概略平面図である。FIG. 2 is a schematic plan view of a friction stir welding apparatus. 接合ツールを説明する説明図である。It is an explanatory view explaining a joining tool. ステージを傾斜させた場合の摩擦撹拌接合装置の概略平面図である。FIG. 3 is a schematic plan view of the friction stir welding apparatus when the stage is tilted.

以下に添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 Embodiments of the present disclosure will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in these embodiments are merely examples for easy understanding, and do not limit the present disclosure unless otherwise specified. In this specification and drawings, elements having substantially the same functions and configurations are designated by the same reference numerals to omit redundant explanation, and elements not directly related to the present disclosure are omitted from illustration. do.

図1は、本実施形態による摩擦撹拌接合装置1の概略側面図であり、図2は、摩擦撹拌接合装置1の概略平面図である。図1および図2では、X軸、Y軸およびZ軸を図示のように定義している。つまり、Y軸は、鉛直方向となっており、X軸およびZ軸は、水平方向となっており、X軸、Y軸およびZ軸は、互いに直交している。 FIG. 1 is a schematic side view of a friction stir welding apparatus 1 according to this embodiment, and FIG. 2 is a schematic plan view of the friction stir welding apparatus 1. In FIGS. 1 and 2, the X-axis, Y-axis, and Z-axis are defined as shown. That is, the Y-axis is vertical, the X-axis and Z-axis are horizontal, and the X-axis, Y-axis, and Z-axis are perpendicular to each other.

摩擦撹拌接合装置1は、ベース部10、主軸12、接合ツール14、主軸駆動機構16、摺動機構18、ステージ20、ステージ移動機構22およびステージ傾斜機構24を含む。図1では、説明の便宜のため、主軸12、摺動機構18およびステージ移動機構22の一部を透視して示している。 The friction stir welding apparatus 1 includes a base portion 10, a main shaft 12, a welding tool 14, a main shaft drive mechanism 16, a sliding mechanism 18, a stage 20, a stage moving mechanism 22, and a stage tilting mechanism 24. In FIG. 1, for convenience of explanation, parts of the main shaft 12, the sliding mechanism 18, and the stage moving mechanism 22 are shown as transparent.

ベース部10は、水平方向の寸法に対して鉛直方向の寸法が小さな台である。ベース部10は、地面26に設置される。ベース部10は、摩擦撹拌接合装置1の各部を支持する。 The base portion 10 is a stand whose vertical dimension is smaller than its horizontal dimension. The base portion 10 is installed on the ground 26. The base part 10 supports each part of the friction stir welding apparatus 1.

主軸12は、円柱状に形成される。主軸12は、Z軸方向に延在している。つまり、主軸12は、水平に配置される。 The main shaft 12 is formed into a cylindrical shape. The main shaft 12 extends in the Z-axis direction. That is, the main shaft 12 is arranged horizontally.

主軸12の軸方向(Z軸方向)の先端には、接合ツール14が取り付けられる。接合ツール14については、後に詳述する。以後、主軸12の軸方向中央から接合ツール14に向かう方向を前方と呼び、主軸12の軸方向中央から接合ツール14とは反対側に向かう方向を後方と呼ぶ場合がある。 A welding tool 14 is attached to the tip of the main shaft 12 in the axial direction (Z-axis direction). The joining tool 14 will be explained in detail later. Hereinafter, the direction from the axial center of the main shaft 12 toward the welding tool 14 may be referred to as the front, and the direction from the axial center of the main shaft 12 toward the side opposite to the welding tool 14 may be referred to as the rear.

主軸駆動機構16は、主軸支持部30、軸受32、主軸駆動装置34、回転伝達部36を含む。主軸支持部30は、例えば、略直方体状に形成される。主軸12は、主軸支持部30を貫通している。主軸支持部30内には、軸受32が設けられる。主軸支持部30は、軸受32を通じて主軸12を中心軸周りに回転可能に支持する。なお、主軸支持部30には、摩擦撹拌接合により温度が上昇した主軸12を冷却する冷却機構が設けられてもよい。 The main shaft drive mechanism 16 includes a main shaft support section 30, a bearing 32, a main shaft drive device 34, and a rotation transmission section 36. The main shaft support portion 30 is, for example, formed in a substantially rectangular parallelepiped shape. The main shaft 12 passes through the main shaft support part 30. A bearing 32 is provided within the main shaft support portion 30 . The main shaft support part 30 supports the main shaft 12 through a bearing 32 so as to be rotatable around the central axis. Note that the main shaft support portion 30 may be provided with a cooling mechanism that cools the main shaft 12 whose temperature has increased due to friction stir welding.

主軸駆動装置34は、例えば、回転軸にトルクを発生させるモータである。主軸駆動装置34は、その回転軸が主軸12と平行になるように配置される。 The main shaft drive device 34 is, for example, a motor that generates torque on a rotating shaft. The main shaft drive device 34 is arranged so that its rotation axis is parallel to the main shaft 12.

回転伝達部36は、駆動装置側プーリ40、主軸側プーリ42およびベルト44を含む。駆動装置側プーリ40は、主軸駆動装置34の回転軸に接続される。主軸側プーリ42は、主軸12における主軸支持部30よりも後方に接続される。ベルト44は、駆動装置側プーリ40および主軸側プーリ42に巻き掛けられる。ベルト44は、駆動装置側プーリ40の回転にしたがって主軸側プーリ42を回転させる。つまり、回転伝達部36は、主軸駆動装置34で発生したトルクを主軸12に伝達する。 The rotation transmission section 36 includes a drive device side pulley 40, a main shaft side pulley 42, and a belt 44. The drive device side pulley 40 is connected to the rotating shaft of the main shaft drive device 34. The main shaft side pulley 42 is connected to the main shaft 12 at a position rearward of the main shaft support portion 30 . The belt 44 is wound around the drive device side pulley 40 and the main shaft side pulley 42. The belt 44 rotates the main shaft pulley 42 in accordance with the rotation of the drive device pulley 40. That is, the rotation transmission section 36 transmits the torque generated by the main shaft drive device 34 to the main shaft 12.

摺動機構18は、レール50、摺動プレート52、案内部54、回転軸56、Z軸駆動装置58、減速機60、スラスト軸受62、ボールねじ64、連結部66およびロードセル68を含む。 The sliding mechanism 18 includes a rail 50, a sliding plate 52, a guide portion 54, a rotating shaft 56, a Z-axis drive device 58, a speed reducer 60, a thrust bearing 62, a ball screw 64, a connecting portion 66, and a load cell 68.

レール50は、略角柱状に形成され、ベース部10の上面に2個設けられる。2個のレール50は、X軸方向に互いに離隔しており、Z軸方向に互いに平行して延在している。つまり、レール50は、ベース部10の上面に沿った1軸方向に延在する。1軸方向は、具体的には、水平方向における一方向(Z軸方向)である。 The rails 50 are formed in a substantially prismatic shape, and two rails 50 are provided on the upper surface of the base portion 10. The two rails 50 are spaced apart from each other in the X-axis direction and extend parallel to each other in the Z-axis direction. That is, the rail 50 extends in a uniaxial direction along the upper surface of the base portion 10. Specifically, the uniaxial direction is one direction in the horizontal direction (Z-axis direction).

摺動プレート52は、長方形の平板状に形成され、ベース部10上に水平に配置される。摺動プレート52の上面には、主軸支持部30および主軸駆動装置34が設置される。主軸12、主軸支持部30および主軸駆動装置34は、摺動プレート52のX軸方向中央付近に位置する。また、主軸12は、レール50が延在する1軸方向に延在している。 The sliding plate 52 is formed into a rectangular flat plate shape and is arranged horizontally on the base part 10. A spindle support section 30 and a spindle drive device 34 are installed on the upper surface of the sliding plate 52. The main shaft 12, the main shaft support 30, and the main shaft drive device 34 are located near the center of the sliding plate 52 in the X-axis direction. Further, the main shaft 12 extends in one axis direction in which the rail 50 extends.

また、摺動プレート52の下面の4隅には、レール50に係合する案内部54が設けられる。摺動プレート52、主軸12および主軸駆動機構16は、一体的に、レール50に沿ってZ軸方向に摺動可能である。 Furthermore, guide portions 54 that engage with the rails 50 are provided at the four corners of the lower surface of the sliding plate 52. The sliding plate 52, the main shaft 12, and the main shaft drive mechanism 16 can integrally slide along the rail 50 in the Z-axis direction.

回転軸56は、円柱状に形成され、外周面にねじ溝が形成される。回転軸56は、摺動プレート52の鉛直下方に配置される。回転軸56は、摺動プレート52のX軸方向中央付近に位置し、Z軸方向に延在する。回転軸56は、中心軸周りに回転可能にベース部10に支持される。 The rotating shaft 56 is formed into a cylindrical shape, and has a threaded groove formed on its outer circumferential surface. The rotating shaft 56 is arranged vertically below the sliding plate 52. The rotating shaft 56 is located near the center of the sliding plate 52 in the X-axis direction and extends in the Z-axis direction. The rotation shaft 56 is rotatably supported by the base portion 10 around the central axis.

回転軸56の後方側端には、Z軸駆動装置58、減速機60およびスラスト軸受62が設けられる。Z軸駆動装置58は、例えば、回転軸56を回転させるモータである。減速機60は、Z軸駆動装置58に対する回転軸56の回転速度を減速させ、回転軸56の回転数を減少させる。スラスト軸受62は、回転軸56の軸方向の力を支持する。 A Z-axis drive device 58, a reduction gear 60, and a thrust bearing 62 are provided at the rear end of the rotating shaft 56. The Z-axis drive device 58 is, for example, a motor that rotates the rotating shaft 56. The reducer 60 reduces the rotational speed of the rotating shaft 56 relative to the Z-axis drive device 58, and reduces the rotational speed of the rotating shaft 56. The thrust bearing 62 supports the axial force of the rotating shaft 56.

ボールねじ64は、円筒状に形成される。回転軸56は、ボールねじ64内を貫通している。ボールねじ64と回転軸56との間には、ボールが収容される。ボールねじ64は、回転軸56の回転にしたがって軸方向(Z軸方向)に移動可能である。 The ball screw 64 is formed into a cylindrical shape. The rotating shaft 56 passes through the ball screw 64. A ball is accommodated between the ball screw 64 and the rotating shaft 56. The ball screw 64 is movable in the axial direction (Z-axis direction) according to the rotation of the rotating shaft 56.

摺動プレート52の下面には、鉛直下方に延びる連結部66が設けられる。ロードセル68は、ボールねじ64の前方側の面と連結部66の後方側の面との間に挟まれている。ボールねじ64は、ロードセル68および連結部66を通じて摺動プレート52に連結されている。ロードセル68は、Z軸方向の力(主軸12の軸方向の力)を計測する。 A connecting portion 66 extending vertically downward is provided on the lower surface of the sliding plate 52. The load cell 68 is sandwiched between the front side surface of the ball screw 64 and the rear side surface of the connecting portion 66. The ball screw 64 is connected to the sliding plate 52 through a load cell 68 and a connecting portion 66. The load cell 68 measures force in the Z-axis direction (force in the axial direction of the main shaft 12).

Z軸駆動装置58が減速機60およびスラスト軸受62を通じて回転軸56を所定方向(例えば、時計回り)に回転させると、ボールねじ64は、Z軸に沿って前方に移動する。そうすると、摺動プレート52は、ボールねじ64、ロードセル68および連結部66を通じて、Z軸に沿って前方(ボールねじ64と同方向)に摺動する。その結果、主軸12、主軸駆動機構16および主軸12に取り付けられた接合ツール14は、摺動プレート52とともにZ軸に沿って前方に移動する。 When the Z-axis drive device 58 rotates the rotating shaft 56 in a predetermined direction (for example, clockwise) through the reducer 60 and the thrust bearing 62, the ball screw 64 moves forward along the Z-axis. Then, the sliding plate 52 slides forward (in the same direction as the ball screw 64) along the Z-axis through the ball screw 64, the load cell 68, and the connecting portion 66. As a result, the main shaft 12, the main shaft drive mechanism 16, and the welding tool 14 attached to the main shaft 12 move forward along the Z-axis together with the sliding plate 52.

また、Z軸駆動装置58が回転軸56を反対方向(例えば、反時計回り)に回転させると、ボールねじ64は、Z軸に沿って後方に移動する。そうすると、摺動プレート52は、ボールねじ64、ロードセル68および連結部66を通じて、Z軸に沿って後方(ボールねじ64と同方向)に摺動する。その結果、主軸12、主軸駆動機構16および主軸12に取り付けられた接合ツール14は、摺動プレート52とともにZ軸に沿って後方に移動する。 Further, when the Z-axis drive device 58 rotates the rotating shaft 56 in the opposite direction (for example, counterclockwise), the ball screw 64 moves backward along the Z-axis. Then, the sliding plate 52 slides backward (in the same direction as the ball screw 64) along the Z-axis through the ball screw 64, the load cell 68, and the connecting portion 66. As a result, the main shaft 12, the main shaft drive mechanism 16, and the welding tool 14 attached to the main shaft 12 move rearward along the Z-axis together with the sliding plate 52.

このように、摺動機構18は、ベース部10に対して主軸12を軸方向に摺動可能に連結している。これにより、主軸12は、レール50に案内されて1軸方向(Z軸方向)に移動可能である。また、摺動機構18は、主軸12および主軸12に取り付けられた接合ツール14の位置の移動方向を1軸(Z軸)に拘束している。つまり、主軸12および接合ツール14の位置は、軸方向にしか移動せず、例えば、X軸方向およびY軸方向には移動しない。また、摩擦撹拌接合装置1では、主軸12および接合ツール14の位置を移動させる移動機構が摺動機構18のみである。 In this manner, the sliding mechanism 18 connects the main shaft 12 to the base portion 10 so as to be slidable in the axial direction. Thereby, the main shaft 12 is guided by the rail 50 and can move in one axis direction (Z-axis direction). Furthermore, the sliding mechanism 18 restricts the movement direction of the main shaft 12 and the welding tool 14 attached to the main shaft 12 to one axis (Z-axis). That is, the positions of the main shaft 12 and the welding tool 14 move only in the axial direction, and do not move in the X-axis direction or the Y-axis direction, for example. Further, in the friction stir welding apparatus 1, the sliding mechanism 18 is the only moving mechanism that moves the positions of the main shaft 12 and the welding tool 14.

ステージ20は、主軸12に取り付けられた接合ツール14に対してZ軸方向に対向配置される。ステージ20は、正方形または長方形の平板状に形成される。ステージ20は、正面が接合ツール14に対向するように、鉛直に起立して配置される。ステージ20における正面には、被接合部材70が設置される。ステージ20は、ステージ移動機構22およびステージ傾斜機構24を通じてベース部10に支持される。つまり、ステージ20および主軸12は、共通のベース部10に支持される。 The stage 20 is arranged to face the welding tool 14 attached to the main shaft 12 in the Z-axis direction. The stage 20 is formed into a square or rectangular plate shape. The stage 20 is arranged to stand vertically so that its front face faces the welding tool 14. A member to be joined 70 is installed in front of the stage 20 . The stage 20 is supported by the base portion 10 through a stage moving mechanism 22 and a stage tilting mechanism 24. That is, the stage 20 and the main shaft 12 are supported by the common base portion 10.

ステージ移動機構22は、Y軸移動機構80およびX軸移動機構82を含む。Y軸移動機構80は、Y軸支持プレート90、レール92、案内部94、回転軸96、Y軸駆動装置98、減速機100、スラスト軸受102およびボールねじ104を含む。 Stage moving mechanism 22 includes a Y-axis moving mechanism 80 and an X-axis moving mechanism 82. The Y-axis moving mechanism 80 includes a Y-axis support plate 90, a rail 92, a guide portion 94, a rotating shaft 96, a Y-axis drive device 98, a reduction gear 100, a thrust bearing 102, and a ball screw 104.

Y軸支持プレート90は、平板状に形成される。Y軸支持プレート90は、ステージ20に対して主軸12とは反対側(ステージ20の背面側)に位置する。Y軸支持プレート90は、ステージ20に離隔して対向配置される。 The Y-axis support plate 90 is formed into a flat plate shape. The Y-axis support plate 90 is located on the opposite side of the main shaft 12 to the stage 20 (on the back side of the stage 20). The Y-axis support plate 90 is arranged to face and be spaced apart from the stage 20.

レール92は、Y軸支持プレート90からステージ20に向かって起立している。レール92は、Y軸支持プレート90に2個設けられる。2個のレール92は、X軸方向に互いに離隔しており、Y軸方向に互いに平行して延在している。案内部94は、ステージ20の背面に2個設けられる。2個の案内部94は、X軸方向に互いに離隔しており、Y軸方向に互いに平行して延在している。案内部94は、レール92に係合する。ステージ20は、Y軸支持プレート90に対してレール92に沿ってY軸方向に摺動可能である。 The rail 92 stands up from the Y-axis support plate 90 toward the stage 20. Two rails 92 are provided on the Y-axis support plate 90. The two rails 92 are spaced apart from each other in the X-axis direction and extend parallel to each other in the Y-axis direction. Two guide parts 94 are provided on the back side of the stage 20. The two guide portions 94 are spaced apart from each other in the X-axis direction and extend parallel to each other in the Y-axis direction. The guide portion 94 engages with the rail 92. The stage 20 is slidable in the Y-axis direction along the rails 92 with respect to the Y-axis support plate 90.

回転軸96は、円柱状に形成され、外周面にねじ溝が形成される。回転軸96は、ステージ20とY軸支持プレート90との間に位置する。回転軸96は、ステージ20のX軸方向中央付近に位置し、Y軸方向に延在する。回転軸96は、中心軸周りに回転可能にY軸支持プレート90に支持される。 The rotating shaft 96 is formed in a cylindrical shape and has a threaded groove formed on its outer peripheral surface. The rotation shaft 96 is located between the stage 20 and the Y-axis support plate 90. The rotation shaft 96 is located near the center of the stage 20 in the X-axis direction and extends in the Y-axis direction. The rotation shaft 96 is rotatably supported by the Y-axis support plate 90 around the central axis.

回転軸96の鉛直上方側端には、Y軸駆動装置98、減速機100およびスラスト軸受102が設けられる。Y軸駆動装置98は、例えば、回転軸96を回転させるモータである。減速機100は、Y軸駆動装置98に対する回転軸96の回転速度を減速させる。スラスト軸受102は、回転軸96の軸方向の力を支持する。 A Y-axis drive device 98, a reduction gear 100, and a thrust bearing 102 are provided at the vertically upper end of the rotating shaft 96. The Y-axis drive device 98 is, for example, a motor that rotates the rotation shaft 96. The speed reducer 100 reduces the rotational speed of the rotating shaft 96 relative to the Y-axis drive device 98. Thrust bearing 102 supports the axial force of rotating shaft 96 .

ボールねじ104は、円筒状に形成される。ボールねじ104は、ステージ20の背面に連結される。回転軸96は、ボールねじ104内を貫通している。ボールねじ104と回転軸96との間には、ボールが収容される。ボールねじ104は、回転軸96の回転にしたがって軸方向(Y軸方向)に移動可能である。 Ball screw 104 is formed into a cylindrical shape. A ball screw 104 is connected to the back surface of the stage 20. The rotating shaft 96 passes through the ball screw 104. A ball is accommodated between the ball screw 104 and the rotating shaft 96. The ball screw 104 is movable in the axial direction (Y-axis direction) as the rotation shaft 96 rotates.

Y軸駆動装置98が減速機100およびスラスト軸受102を通じて回転軸96を回転させると、ボールねじ104は、Y軸支持プレート90に対してY軸に沿って移動する。そうすると、ステージ20は、ボールねじ104を通じてY軸に沿って(ボールねじ104と同方向に)摺動する。 When the Y-axis drive device 98 rotates the rotary shaft 96 through the reducer 100 and the thrust bearing 102, the ball screw 104 moves along the Y-axis relative to the Y-axis support plate 90. Then, the stage 20 slides along the Y axis (in the same direction as the ball screw 104) through the ball screw 104.

X軸移動機構82は、X軸支持プレート110、レール112、案内部114、回転軸116、X軸駆動装置118、減速機120、スラスト軸受122およびボールねじ124を含む。 The X-axis moving mechanism 82 includes an X-axis support plate 110, a rail 112, a guide section 114, a rotating shaft 116, an X-axis drive device 118, a speed reducer 120, a thrust bearing 122, and a ball screw 124.

X軸支持プレート110は、平板状に形成される。X軸支持プレート110は、Y軸支持プレート90に対してステージ20とは反対側に位置する。X軸支持プレート110は、Y軸支持プレート90に離隔して対向配置される。 The X-axis support plate 110 is formed into a flat plate shape. The X-axis support plate 110 is located on the opposite side of the stage 20 with respect to the Y-axis support plate 90. The X-axis support plate 110 is arranged to face and be spaced apart from the Y-axis support plate 90.

レール112は、X軸支持プレート110からY軸支持プレート90に向かって起立している。レール112は、X軸支持プレート110に2個設けられる。2個のレール112は、Y軸方向に互いに離隔しており、X軸方向に互いに平行して延在している。案内部114は、Y軸支持プレート90のX軸支持プレート110側の面に2個設けられる。2個の案内部114は、Y軸方向に互いに離隔しており、X軸方向に互いに平行して延在している。案内部114は、レール112に係合する。Y軸支持プレート90は、X軸支持プレート110に対してレール112に沿ってX軸方向に摺動可能である。 The rail 112 stands up from the X-axis support plate 110 toward the Y-axis support plate 90. Two rails 112 are provided on the X-axis support plate 110. The two rails 112 are spaced apart from each other in the Y-axis direction and extend parallel to each other in the X-axis direction. Two guide portions 114 are provided on the surface of the Y-axis support plate 90 on the X-axis support plate 110 side. The two guide parts 114 are spaced apart from each other in the Y-axis direction and extend parallel to each other in the X-axis direction. Guide portion 114 engages with rail 112 . The Y-axis support plate 90 is slidable in the X-axis direction along the rail 112 with respect to the X-axis support plate 110.

回転軸116は、円柱状に形成され、外周面にねじ溝が形成される。回転軸116は、Y軸支持プレート90とX軸支持プレート110との間に位置する。回転軸116は、Y軸支持プレート90のY軸方向中央付近に位置し、X軸方向に延在する。回転軸116は、中心軸周りに回転可能にX軸支持プレート110に支持される。 The rotating shaft 116 is formed into a cylindrical shape and has a threaded groove formed on its outer circumferential surface. The rotation axis 116 is located between the Y-axis support plate 90 and the X-axis support plate 110. The rotating shaft 116 is located near the center of the Y-axis support plate 90 in the Y-axis direction and extends in the X-axis direction. The rotation shaft 116 is rotatably supported by the X-axis support plate 110 around the central axis.

回転軸116の一方側端には、X軸駆動装置118、減速機120およびスラスト軸受122が設けられる。X軸駆動装置118は、例えば、回転軸116を回転させるモータである。減速機120は、X軸駆動装置118に対する回転軸116の回転速度を減速させる。スラスト軸受122は、回転軸116の軸方向の力を支持する。 An X-axis drive device 118, a reduction gear 120, and a thrust bearing 122 are provided at one end of the rotating shaft 116. The X-axis drive device 118 is, for example, a motor that rotates the rotating shaft 116. The speed reducer 120 reduces the rotational speed of the rotating shaft 116 relative to the X-axis drive device 118. Thrust bearing 122 supports the axial force of rotating shaft 116 .

ボールねじ124は、円筒状に形成される。ボールねじ124は、Y軸支持プレート90のX軸支持プレート110側の面に連結される。回転軸116は、ボールねじ124内を貫通している。ボールねじ124と回転軸116との間には、ボールが収容される。ボールねじ124は、回転軸116の回転にしたがって軸方向(X軸方向)に移動可能である。 The ball screw 124 is formed into a cylindrical shape. The ball screw 124 is connected to the surface of the Y-axis support plate 90 on the X-axis support plate 110 side. The rotating shaft 116 passes through the ball screw 124. A ball is housed between the ball screw 124 and the rotating shaft 116. The ball screw 124 is movable in the axial direction (X-axis direction) according to the rotation of the rotating shaft 116.

X軸駆動装置118が減速機120およびスラスト軸受122を通じて回転軸116を回転させると、ボールねじ124は、X軸支持プレート110に対してX軸に沿って移動する。そうすると、Y軸支持プレート90は、ボールねじ124を通じてX軸に沿って(ボールねじ124と同方向に)摺動する。その結果、ステージ20は、Y軸移動機構80とともに、X軸支持プレート110に対してX軸に沿って移動する。 When the X-axis drive device 118 rotates the rotating shaft 116 through the reducer 120 and the thrust bearing 122, the ball screw 124 moves along the X-axis relative to the X-axis support plate 110. Then, the Y-axis support plate 90 slides along the X-axis through the ball screw 124 (in the same direction as the ball screw 124). As a result, the stage 20 moves along the X-axis with respect to the X-axis support plate 110 together with the Y-axis moving mechanism 80.

このように、ステージ移動機構22は、ステージ20を主軸12に垂直な方向(X軸方向およびY軸方向)に移動可能である。 In this way, the stage moving mechanism 22 can move the stage 20 in directions perpendicular to the main shaft 12 (X-axis direction and Y-axis direction).

ステージ傾斜機構24は、旋回中心部130、円筒部132、旋回プレート134、ボールリフタ136、リブ138、リブ140、ロッド142、シリンダ144および旋回駆動装置146を含む。 The stage tilt mechanism 24 includes a pivot center portion 130, a cylindrical portion 132, a pivot plate 134, a ball lifter 136, a rib 138, a rib 140, a rod 142, a cylinder 144, and a pivot drive device 146.

旋回中心部130は、円柱状に形成され、ベース部10の上面から鉛直上方に突出する。旋回中心部130の中心軸は、Y軸方向に延びる。以後、旋回中心部130の中心軸およびその延長線を、旋回中心軸と呼ぶ場合がある。旋回中心部130は、大凡ステージ20の鉛直下方に位置する。旋回中心部130は、旋回中心部130の旋回中心軸と、主軸12の中心軸の延長線とが垂直に交差するように設けられる。換言すると、旋回中心部130は、鉛直上方から旋回中心部130を見たときに、旋回中心部130の中心が主軸12の中心軸の延長線上に位置するように設けられる(図2参照)。 The pivot center portion 130 is formed in a cylindrical shape and protrudes vertically upward from the upper surface of the base portion 10 . The center axis of the turning center portion 130 extends in the Y-axis direction. Hereinafter, the center axis of the turning center portion 130 and its extension may be referred to as the turning center axis. The center of rotation 130 is approximately located vertically below the stage 20. The pivot center 130 is provided so that the pivot axis of the pivot center 130 and the extension of the center axis of the main shaft 12 perpendicularly intersect. In other words, the pivot center 130 is provided such that the center of the pivot center 130 is located on an extension of the central axis of the main shaft 12 when the pivot center 130 is viewed from vertically above (see FIG. 2).

円筒部132は、円筒状に形成され、内部に旋回中心部130が収容されるように、旋回中心部130の周囲に配置される。円筒部132の中心軸は、旋回中心部130の旋回中心軸に重なる。円筒部132は、旋回中心部130に対して旋回中心軸周りに回転可能である。 The cylindrical portion 132 is formed in a cylindrical shape and is arranged around the pivot center 130 so that the pivot center 130 is accommodated therein. The center axis of the cylindrical portion 132 overlaps the pivot axis of the pivot center portion 130. The cylindrical portion 132 is rotatable around the pivot axis with respect to the pivot center portion 130 .

旋回プレート134は、平板状に形成され、水平に配置される。旋回プレート134は、円筒部132の外周面に接続される。旋回プレート134は、旋回中心部130に対して主軸12とは反対側に位置する。旋回プレート134は、旋回中心部130および円筒部132を通じて旋回中心軸周りに回転可能(旋回可能)である。 The rotating plate 134 is formed into a flat plate shape and arranged horizontally. The rotating plate 134 is connected to the outer peripheral surface of the cylindrical portion 132. The swing plate 134 is located on the opposite side of the main shaft 12 with respect to the swing center 130 . The turning plate 134 is rotatable (swivelable) around the turning center axis through the turning center part 130 and the cylindrical part 132.

ボールリフタ136は、ベース部10と旋回プレート134との間に設けられる。ベース部10は、ボールリフタ136を通じて旋回プレート134を水平方向に移動可能(旋回可能)に支持する。 A ball lifter 136 is provided between the base portion 10 and the pivot plate 134. The base portion 10 supports the swing plate 134 horizontally movably (swivelably) through the ball lifter 136.

X軸支持プレート110は、旋回プレート134の上面に設置される。X軸支持プレート110は、旋回プレート134の上面から鉛直上方に起立している。X軸支持プレート110に対してY軸支持プレート90とは反対側には、平板状のリブ138が複数設けられる。リブ138は、X軸支持プレート110および旋回プレート134の各々に垂直に接続される。 The X-axis support plate 110 is installed on the upper surface of the pivot plate 134. The X-axis support plate 110 stands vertically upward from the upper surface of the rotation plate 134. A plurality of flat ribs 138 are provided on the side opposite to the Y-axis support plate 90 with respect to the X-axis support plate 110. Rib 138 is vertically connected to each of X-axis support plate 110 and pivot plate 134.

旋回プレート134の上面におけるX軸支持プレート110と円筒部132との間には、平板状のリブ140が2個設けられる。リブ140は、円筒部132、旋回プレート134およびX軸支持プレート110に接続される。2個のリブ140は、円筒部132からX軸支持プレート110に向かってX軸方向に広がるように設けられる。 Two flat plate-shaped ribs 140 are provided between the X-axis support plate 110 and the cylindrical portion 132 on the upper surface of the rotating plate 134. Rib 140 is connected to cylindrical portion 132, pivot plate 134 and X-axis support plate 110. The two ribs 140 are provided so as to spread in the X-axis direction from the cylindrical portion 132 toward the X-axis support plate 110.

ロッド142、シリンダ144および旋回駆動装置146は、旋回プレート134に対して旋回中心部130とは反対側に設けられる。ロッド142の一部はシリンダ144に挿入される。ロッド142は、シリンダ144に対して摺動可能である。ロッド142におけるシリンダ144とは反対側端は、旋回プレート134から突出する突出部148に連結される。旋回駆動装置146は、例えば、シリンダ144に対してロッド142を摺動させるモータである。 The rod 142, the cylinder 144, and the swing drive device 146 are provided on the opposite side of the swing center portion 130 with respect to the swing plate 134. A portion of rod 142 is inserted into cylinder 144. Rod 142 is slidable relative to cylinder 144 . An end of the rod 142 opposite to the cylinder 144 is connected to a protrusion 148 that protrudes from the pivot plate 134 . The swing drive device 146 is, for example, a motor that slides the rod 142 with respect to the cylinder 144.

旋回駆動装置146がロッド142をシリンダ144に没入する方向に移動させると、旋回プレート134は、水平を維持した状態で、旋回駆動装置146に向かう方向(図2の時計回り方向)に回転(旋回)する。そうすると、旋回プレート134に支持されるX軸移動機構82、Y軸移動機構80およびステージ20は、旋回プレート134と同方向(図2の時計回り方向)に回転する。その結果、ステージ20は、主軸12に垂直な面に対して図2の時計回り方向に傾斜する。 When the swing drive device 146 moves the rod 142 in the direction of recessing into the cylinder 144, the swing plate 134 rotates (swivels) in the direction toward the swing drive device 146 (clockwise direction in FIG. 2) while maintaining the horizontal state. )do. Then, the X-axis moving mechanism 82, Y-axis moving mechanism 80, and stage 20 supported by the rotating plate 134 rotate in the same direction as the rotating plate 134 (clockwise in FIG. 2). As a result, the stage 20 is tilted clockwise in FIG. 2 with respect to a plane perpendicular to the main axis 12.

旋回駆動装置146がロッド142をシリンダ144から突出する方向に移動させると、旋回プレート134は、水平を維持した状態で、旋回駆動装置146から離れる方向(図2における反時計回り方向)に回転(旋回)する。そうすると、旋回プレート134に支持されるX軸移動機構82、Y軸移動機構80およびステージ20は、旋回プレート134と同方向(図2の反時計回り方向)に回転する。その結果、ステージ20は、主軸12に垂直な面に対して図2の反時計回り方向に傾斜する。このように、ステージ傾斜機構24は、ステージ20を主軸12に垂直な面に対して傾斜させる。 When the swing drive device 146 moves the rod 142 in the direction of protruding from the cylinder 144, the swing plate 134 rotates (counterclockwise in FIG. 2) away from the swing drive device 146 while maintaining the horizontal state. (swivel). Then, the X-axis moving mechanism 82, Y-axis moving mechanism 80, and stage 20 supported by the rotating plate 134 rotate in the same direction as the rotating plate 134 (counterclockwise in FIG. 2). As a result, the stage 20 is tilted counterclockwise in FIG. 2 with respect to a plane perpendicular to the main axis 12. In this way, the stage tilting mechanism 24 tilts the stage 20 with respect to the plane perpendicular to the main axis 12.

図3は、接合ツール14を説明する説明図である。接合ツール14は、コンベンショナル型に構成される。具体的には、接合ツール14は、ツール本体150およびピン152を含む。ツール本体150は、例えば、円柱状に形成される。ツール本体150の先端面には、円柱状のピン152が設けられる。ピン152の外径は、ツール本体150の外径よりも小さい。ピン152の中心軸は、ツール本体150の中心軸に重なる。ピン152の外周面には、ねじ溝が形成される。ツール本体150の先端面におけるピン152の周囲は、ショルダ154として機能する。また、ツール本体150におけるピン152とは反対側は、主軸12に連結される。 FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the joining tool 14. The joining tool 14 is conventionally configured. Specifically, bonding tool 14 includes a tool body 150 and a pin 152. The tool body 150 is formed, for example, in a cylindrical shape. A cylindrical pin 152 is provided on the distal end surface of the tool body 150. The outer diameter of the pin 152 is smaller than the outer diameter of the tool body 150. The central axis of the pin 152 overlaps the central axis of the tool body 150. A thread groove is formed on the outer peripheral surface of the pin 152. The area around the pin 152 on the distal end surface of the tool body 150 functions as a shoulder 154. Further, the opposite side of the tool body 150 from the pin 152 is connected to the main shaft 12 .

摩擦撹拌接合装置1では、接合したい2つの被接合部材70の端面同士が付け合わされる。2つの被接合部材70が付け合わされた境界部分は、接合したい接合線となる。摩擦撹拌接合装置1では、接合ツール14を軸周りに回転させながら、接合ツール14のピン152を被接合部材70における接合線部分に挿入させる。そうすると、接合ツール14の摩擦熱と回転により、被接合部材70におけるピン152の周囲が塑性流動して撹拌される。図3では、塑性流動している領域を領域A1で示している。 In the friction stir welding apparatus 1, the end surfaces of two members 70 to be welded are brought together. The boundary portion where the two members 70 to be joined are joined becomes a joining line to be joined. In the friction stir welding apparatus 1, the pin 152 of the welding tool 14 is inserted into the welding line portion of the welded members 70 while rotating the welding tool 14 around the axis. Then, due to the frictional heat and rotation of the welding tool 14, the area around the pin 152 in the welded member 70 is plastically fluidized and stirred. In FIG. 3, the area where plastic flow is occurring is shown as area A1.

被接合部材70が塑性流動して撹拌されると、2つの被接合部材70の境界において、2つの被接合部材70が撹拌されて一体化される。そして、接合線に沿って接合ツール14を進行させると、塑性流動領域(領域A1)は、ピン152とともに進行方向に移動する。一方、接合ツール14に対して進行方向とは反対方向では、撹拌されて一体化された被接合部材70が冷えて固まる。これにより、2つの被接合部材70が摩擦撹拌接合される。 When the members 70 to be joined are plastically fluid and stirred, the two members 70 to be joined are stirred and integrated at the boundary between the two members 70 to be joined. Then, when the welding tool 14 is advanced along the welding line, the plastic flow region (region A1) moves in the advancing direction together with the pin 152. On the other hand, in a direction opposite to the traveling direction of the welding tool 14, the stirred and integrated members 70 to be welded cool and solidify. As a result, the two members 70 to be welded are friction stir welded.

また、接合ツール14が上述のようなコンベンショナル型の場合、接合ツール14は、被接合部材70の法線(一点鎖線C10)に対して傾斜した姿勢で被接合部材70に挿入される。具体的には、接合ツール14の中心軸(一点鎖線C12)は、被接合部材70の法線(一点鎖線C10)に対して、ピン152側が相対的に接合ツール14の進行方向側に位置するように傾斜する。そうすると、進行方向とは反対側のショルダ154は、進行方向側に比べ、被接合部材70側に没入する。これにより、進行方向とは反対側のショルダ154は、塑性流動化した被接合部材70を押さえつけるようになり、塑性流動化した被接合部材70が溢れ出ることを抑制する。このように接合ツール14を傾斜させることで、接合部の仕上がりを滑らかにすることができる。 Further, when the welding tool 14 is of the conventional type as described above, the welding tool 14 is inserted into the welded members 70 in an attitude inclined with respect to the normal line of the welded members 70 (dotted chain line C10). Specifically, the pin 152 side of the central axis (dotted chain line C12) of the welding tool 14 is located on the traveling direction side of the welding tool 14 relative to the normal line of the welded members 70 (dotted chain line C10). tilt like this. Then, the shoulder 154 on the side opposite to the direction of movement is recessed into the member to be joined 70 side compared to the side in the direction of movement. As a result, the shoulder 154 on the opposite side to the direction of movement presses down the plastically fluidized members 70 to be joined, thereby suppressing the plastically fluidized members 70 to be joined from overflowing. By tilting the welding tool 14 in this way, the finished joint can be made smooth.

図4は、ステージ20を傾斜させた場合の摩擦撹拌接合装置1の概略平面図である。図4では、旋回プレート134を時計回り方向に角度θだけ回転させた状態を示している。以下、図4を参照して、摩擦撹拌接合装置1の動作および操作を説明する。 FIG. 4 is a schematic plan view of the friction stir welding apparatus 1 when the stage 20 is tilted. FIG. 4 shows a state in which the turning plate 134 is rotated clockwise by an angle θ. The operation and operation of the friction stir welding apparatus 1 will be described below with reference to FIG.

摩擦撹拌接合装置1の操作者は、まず、ステージ20に被接合部材70をセットする。次に、操作者は、接合開始位置が主軸12の中心軸の延長線上に位置するように、X軸移動機構82およびY軸移動機構80を動作させてステージ20を移動させる。 The operator of the friction stir welding apparatus 1 first sets the members to be welded 70 on the stage 20 . Next, the operator operates the X-axis moving mechanism 82 and the Y-axis moving mechanism 80 to move the stage 20 so that the welding start position is located on an extension of the central axis of the main shaft 12.

次に、操作者は、接合ツールの傾斜角度が所定角度(例えば、角度θ)になるように、ステージ傾斜機構24を動作させる。具体的には、操作者は、旋回駆動装置146を動作させて、旋回プレート134を時計回り方向に角度θだけ回転させる。これにより、ステージ20は、主軸12に垂直な面に対して時計回り方向に角度θだけ傾斜する。そうすると、主軸12および接合ツール14の中心軸は、ステージ20(被接合部材70)の法線に対して、相対的に反時計回り方向に角度θだけ傾斜する。その結果、接合ツール14の傾斜角度が角度θとなる。 Next, the operator operates the stage tilting mechanism 24 so that the welding tool tilts at a predetermined angle (for example, angle θ). Specifically, the operator operates the swing drive device 146 to rotate the swing plate 134 clockwise by an angle θ. Thereby, the stage 20 is tilted by an angle θ in the clockwise direction with respect to a plane perpendicular to the main axis 12. Then, the central axes of the main shaft 12 and the welding tool 14 are inclined counterclockwise by an angle θ relative to the normal to the stage 20 (members to be welded 70). As a result, the inclination angle of the welding tool 14 becomes the angle θ.

次に、操作者は、摺動機構18を動作させて、摺動プレート52をステージ20に向かう方向に摺動させる。これにより、接合ツール14が被接合部材70に接近する。 Next, the operator operates the sliding mechanism 18 to slide the sliding plate 52 in the direction toward the stage 20. As a result, the welding tool 14 approaches the members 70 to be welded.

なお、接合開始位置の位置合わせ、接合ツール14の傾斜角度の設定、および、接合ツール14のZ軸方向の位置合わせは、例示した順番とは異なる順番に行ってもよい。 Note that the alignment of the welding start position, the setting of the inclination angle of the welding tool 14, and the alignment of the welding tool 14 in the Z-axis direction may be performed in a different order from the illustrated order.

次に、操作者は、主軸駆動機構16を動作させて主軸12および接合ツール14を回転させつつ、摺動機構18を動作させて接合ツール14のピン152を被接合部材70に挿入させる。図4には、この時の状態が示されている。 Next, the operator operates the main shaft drive mechanism 16 to rotate the main shaft 12 and the welding tool 14, and operates the sliding mechanism 18 to insert the pin 152 of the welding tool 14 into the workpiece 70. FIG. 4 shows the state at this time.

次に、操作者は、X軸移動機構82を動作させて、接合ツール14に対してステージ20を、図4の矢印D10で示すステージ移動方向に移動させる。そうすると、接合ツール14は、被接合部材70に対して相対的に、図4の矢印D12で示す接合ツール進行方向に移動する。矢印D12で示す接合ツール進行方向は、矢印D10で示すステージ移動方向とは反対方向である。このようにして接合ツール14が相対的に移動することで、ステージ20に設置された被接合部材70は、接合線に沿って摩擦撹拌接合される。 Next, the operator operates the X-axis movement mechanism 82 to move the stage 20 relative to the welding tool 14 in the stage movement direction shown by arrow D10 in FIG. Then, the welding tool 14 moves in the welding tool advancing direction indicated by the arrow D12 in FIG. 4 relative to the welded members 70. The welding tool traveling direction indicated by arrow D12 is opposite to the stage moving direction indicated by arrow D10. By relatively moving the welding tool 14 in this manner, the members 70 to be welded placed on the stage 20 are friction stir welded along the welding line.

なお、摩擦撹拌接合装置1は、主軸駆動装置34、摺動機構18、ステージ移動機構22およびステージ傾斜機構24を自動制御する制御部を備えてもよい。また、このような制御部は、主軸12の軸方向の力をロードセル68で計測しつつ、その力が所定値に維持されるように、主軸駆動装置34およびZ軸駆動装置58を自動制御してもよい。 The friction stir welding apparatus 1 may include a control section that automatically controls the main shaft drive device 34, the sliding mechanism 18, the stage moving mechanism 22, and the stage tilting mechanism 24. Further, such a control unit measures the force in the axial direction of the spindle 12 with the load cell 68, and automatically controls the spindle drive device 34 and the Z-axis drive device 58 so that the force is maintained at a predetermined value. It's okay.

ここで、従来の被接合部材70は、主にアルミニウムであった。これに対し、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、アルミニウムよりも融点が高い金属(以下、高融点材料と呼ぶ場合がある)の摩擦撹拌接合を行うことができる。 Here, the conventional member to be joined 70 was mainly made of aluminum. In contrast, the friction stir welding apparatus 1 of the present embodiment can perform friction stir welding of metals having a higher melting point than aluminum (hereinafter sometimes referred to as high melting point materials).

高融点材料は、例えば、ニッケルをベースとした合金であるインコネル(登録商標)およびチタンなどである。アルミニウムの融点は、660℃であるが、インコネル(登録商標)およびチタンの融点は、1000℃を超える。被接合部材70の融点が高くなると、被接合部材70を塑性流動化させるための摩擦熱がより多く必要となる。つまり、高融点材料の場合、被接合部材70に高い摩擦熱を発生させるために、主軸12のトルクを大きくする必要がある。 High melting point materials include, for example, Inconel, a nickel-based alloy, and titanium. The melting point of aluminum is 660°C, while the melting points of Inconel® and titanium exceed 1000°C. As the melting point of the welded members 70 increases, more frictional heat is required to plastically fluidize the welded members 70. That is, in the case of a high melting point material, it is necessary to increase the torque of the main shaft 12 in order to generate high frictional heat in the welded members 70.

また、インコネル(登録商標)およびチタンのような高融点材料は、一般的に、アルミニウムに比べ、硬度が高い(硬い)。被接合部材70の硬度が高くなると、接合ツール14を被接合部材70に挿入させる力がより多く必要となる。つまり、硬度が高い材料の場合、接合ツール14を被接合部材70に押し付ける(挿入させる)ための主軸12の軸方向の力を大きくする必要がある。 Also, high melting point materials such as Inconel and titanium generally have higher hardness (harder) than aluminum. As the hardness of the welded members 70 increases, more force is required to insert the welding tool 14 into the welded members 70. In other words, in the case of a material with high hardness, it is necessary to increase the force in the axial direction of the main shaft 12 for pressing (inserting) the welding tool 14 onto the members 70 to be welded.

高融点材料の場合、このような主軸12のトルクおよび軸方向の力は、アルミニウムの場合に比べ、十数倍以上になることもある。 In the case of a high melting point material, the torque and axial force of the main shaft 12 may be more than ten times as large as in the case of aluminum.

接合ツールがコンベンショナル型の従来の摩擦撹拌接合装置では、主軸が大凡鉛直方向に配置され、主軸を移動可能に支持する主軸移動機構が、門型の支持部の上部に連結されていた。このような門型構成では、接合ツールから主軸、主軸移動機構および門型の支持部を経由して地面までの力の伝達経路が長い。このため、門型構成では、主軸のトルクおよび軸方向の力を仮に大きくした場合、被接合部材によって生じる反力によって接合ツールを適切に支持できなくなる。その結果、従来の摩擦撹拌接合装置では、接合ツールの位置が乱れて、摩擦撹拌接合が適切に行えないことを本願発明者は見出した。 In conventional friction stir welding equipment with conventional welding tools, the main shaft is arranged roughly vertically, and a main shaft moving mechanism that movably supports the main shaft is connected to the top of a portal-shaped support. In such a portal configuration, the force transmission path from the welding tool to the ground via the main shaft, the main shaft movement mechanism, and the portal support is long. Therefore, in the portal structure, if the torque and axial force of the main shaft are increased, the welding tool cannot be properly supported due to the reaction force generated by the members to be welded. As a result, the inventors of the present invention have found that in the conventional friction stir welding apparatus, the position of the welding tool is disturbed and friction stir welding cannot be performed appropriately.

これに対し、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1は、主軸12が水平に配置され、主軸12が摺動機構18およびベース部10を通じて地面26に支持される。これにより、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、門型構成に比べ、接合ツール14から地面26までの力の伝達経路が短い。また、主軸12は、高さが低く水平方向に広いベース部10によって地面26に支持されている。このため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、主軸12のトルクおよび軸方向の力を大きくすることで被接合部材70によって大きな反力が生じたとしても、接合ツール14を適切に支持することができる。その結果、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、被接合部材70として高融点材料を用いても、接合ツール14の位置の乱れを抑制でき、適切に摩擦撹拌接合を行うことが可能となる。 In contrast, in the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, the main shaft 12 is arranged horizontally, and the main shaft 12 is supported by the ground 26 through the sliding mechanism 18 and the base part 10. As a result, in the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, the force transmission path from the welding tool 14 to the ground 26 is shorter than that in the gate-type configuration. Further, the main shaft 12 is supported on the ground 26 by a base portion 10 that is low in height and wide in the horizontal direction. Therefore, in the friction stir welding apparatus 1 of the present embodiment, by increasing the torque and axial force of the main shaft 12, even if a large reaction force is generated by the welded members 70, the welding tool 14 can be appropriately supported. be able to. As a result, in the friction stir welding apparatus 1 of the present embodiment, even if a high melting point material is used as the welded members 70, disturbances in the position of the welding tool 14 can be suppressed, and friction stir welding can be performed appropriately. .

また、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、接合ツール14に対向配置されるステージ20が、主軸12に垂直な方向に移動される。一方、主軸12は、主軸12に垂直な方向に移動する機構が設けられていない。このため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1は、主軸12のトルクおよび軸方向の力が大きくなっても、主軸12および接合ツール14の位置を安定させることができる。また、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、主軸12を垂直な方向に移動させる機構を主軸12側に設けないことで、接合ツール14から地面26までの力の伝達経路をより短くすることができる。 Furthermore, in the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, the stage 20 disposed opposite to the welding tool 14 is moved in a direction perpendicular to the main shaft 12. On the other hand, the main shaft 12 is not provided with a mechanism for moving in a direction perpendicular to the main shaft 12. Therefore, the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment can stabilize the positions of the main shaft 12 and the welding tool 14 even if the torque and axial force of the main shaft 12 become large. Furthermore, in the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, by not providing a mechanism for moving the main shaft 12 in the vertical direction on the main shaft 12 side, the force transmission path from the welding tool 14 to the ground 26 can be made shorter. I can do it.

また、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、ステージ20を主軸12に垂直な面に対して傾斜させるステージ傾斜機構24が設けられている。これにより、接合ツール14は、被接合部材70の法線に対して傾斜可能である。このため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、コンベンショナル型の接合ツール14を用いて、適切に摩擦撹拌接合を行うことができる。また、主軸12には、接合ツール14を傾斜させる機構が設けられていない。このため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1は、主軸12のトルクおよび軸方向の力が大きくなっても、主軸12および接合ツール14の位置を安定させることができる。また、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、接合ツール14を傾斜させる機構を主軸12側に設けないことで、接合ツール14から地面26までの力の伝達経路をより短くすることができる。 Furthermore, the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment is provided with a stage tilting mechanism 24 that tilts the stage 20 with respect to a plane perpendicular to the main shaft 12. Thereby, the welding tool 14 can be tilted with respect to the normal line of the members 70 to be welded. Therefore, in the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, friction stir welding can be appropriately performed using the conventional type welding tool 14. Further, the main shaft 12 is not provided with a mechanism for tilting the welding tool 14. Therefore, the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment can stabilize the positions of the main shaft 12 and the welding tool 14 even if the torque and axial force of the main shaft 12 become large. Furthermore, in the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, by not providing a mechanism for tilting the welding tool 14 on the main shaft 12 side, the force transmission path from the welding tool 14 to the ground 26 can be made shorter.

また、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、主軸12の中心軸の延長線と垂直に交差する旋回中心軸周りにステージ20が回転する。このため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、主軸12の軸方向の力をステージ20側で安定して受けることができる。 Furthermore, in the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, the stage 20 rotates around a pivot axis that intersects perpendicularly with an extension of the central axis of the main shaft 12. Therefore, in the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, the force in the axial direction of the main shaft 12 can be stably received on the stage 20 side.

また、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1は、主軸12およびステージ20の両方が、共通のベース部10に一体的に支持されている。このため、主軸12側で生じる反力およびステージ20側で生じる反力は、ベース部10で互いに打ち消すように作用する。これにより、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1は、主軸12のトルクおよび軸方向の力が大きくなっても、主軸12、接合ツール14およびステージ20の位置を安定させることができる。 Further, in the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, both the main shaft 12 and the stage 20 are integrally supported by a common base portion 10. Therefore, the reaction force generated on the main shaft 12 side and the reaction force generated on the stage 20 side act on the base portion 10 so as to cancel each other out. Thereby, the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment can stabilize the positions of the main shaft 12, welding tool 14, and stage 20 even if the torque and axial force of the main shaft 12 become large.

以上のように、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1によれば、融点が高い被接合部材を適切に摩擦撹拌接合することが可能となる。 As described above, according to the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, it is possible to appropriately friction stir weld members having a high melting point.

また、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1では、レール50が水平方向における一方向(Z軸方向)に延在していた。しかし、レール50は、水平方向における一方向に延在する態様に限らない。つまり、主軸12の移動可能な1軸方向は、水平方向における一方向に限らず、ベース部10の上面に沿った一方向であってもよい。例えば、ベース部10の上面が水平に対して傾斜しており、レール50は、その傾斜した上面に沿って、水平面に対して傾斜していてもよい。この場合、主軸12は、水平面に対して傾斜する傾斜方向(レール50の延在方向)に延在し、レール50に案内されて、その傾斜方向に移動可能であってもよい。この態様によれば、主軸12が鉛直に支持される態様に比べ、主軸12のトルクおよび軸方向の力を大きくしつつ、接合ツール14を適切に支持することができる。その結果、この態様においても、融点が高い被接合部材を適切に摩擦撹拌接合することが可能となる。 Further, in the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment, the rail 50 extends in one direction (Z-axis direction) in the horizontal direction. However, the rail 50 is not limited to extending in one direction in the horizontal direction. That is, the uniaxial direction in which the main shaft 12 can move is not limited to one direction in the horizontal direction, but may be one direction along the upper surface of the base portion 10. For example, the upper surface of the base portion 10 may be inclined with respect to the horizontal plane, and the rail 50 may be inclined with respect to the horizontal plane along the inclined upper surface. In this case, the main shaft 12 may extend in an inclined direction (extending direction of the rail 50) that is inclined with respect to the horizontal plane, and may be guided by the rail 50 and movable in the inclined direction. According to this embodiment, the welding tool 14 can be appropriately supported while increasing the torque and axial force of the main shaft 12 compared to an embodiment in which the main shaft 12 is supported vertically. As a result, also in this embodiment, it is possible to appropriately friction stir weld members having a high melting point.

また、本実施形態のように主軸12を水平方向における一方向に移動可能に支持する態様は、主軸12を傾斜方向に移動可能に支持する態様に比べ、主軸12のトルクおよび軸方向の力を大きくしつつ接合ツール14を適切に支持する効果をより高くすることができる。これは、主軸12を水平方向における一方向に移動可能に支持する態様では、主軸12に生じる反力の鉛直方向成分が生じなく、水平方向成分のみであるため、主軸12に生じる反力に、より適切に抗することができるからである。 Furthermore, the mode in which the main shaft 12 is movably supported in one direction in the horizontal direction as in the present embodiment reduces the torque and axial force of the main shaft 12, compared to the mode in which the main shaft 12 is supported so as to be movable in an inclined direction. The effect of appropriately supporting the welding tool 14 can be increased while increasing the size. This is because when the main shaft 12 is supported movably in one direction in the horizontal direction, there is no vertical component of the reaction force generated on the main shaft 12, but only a horizontal component, so the reaction force generated on the main shaft 12 This is because they can be more appropriately resisted.

なお、本実施形態の摩擦撹拌接合装置1は、融点が高い被接合部材70の摩擦撹拌接合に使用するだけでなく、アルミニウムなどの従来の被接合部材70の摩擦撹拌接合に使用してもよい。 Note that the friction stir welding apparatus 1 of this embodiment is not only used for friction stir welding of welded members 70 having a high melting point, but also may be used for friction stir welding of conventional welded members 70 such as aluminum. .

また、本実施形態において、ステージ傾斜機構24は、ステージ20を傾斜させた状態(旋回プレート134を回転させた状態)を維持させる保持機構を備えてもよい。この態様では、主軸12の軸方向の力がステージ20に与えられても、ステージ20の傾斜角度をより安定させることができる。 Furthermore, in the present embodiment, the stage tilt mechanism 24 may include a holding mechanism that maintains the stage 20 in the tilted state (the rotating plate 134 in the rotated state). In this aspect, even if a force in the axial direction of the main shaft 12 is applied to the stage 20, the inclination angle of the stage 20 can be made more stable.

以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the embodiments have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present disclosure is not limited to the above embodiments. It is clear that those skilled in the art can come up with various changes and modifications within the scope of the claims, and it is understood that these naturally fall within the technical scope of the present disclosure. be done.

本開示は、摩擦撹拌接合装置に利用することができる。 The present disclosure can be used in a friction stir welding device.

1 摩擦撹拌接合装置
10 ベース部
12 主軸
14 接合ツール
18 摺動機構
20 ステージ
22 ステージ移動機構
24 ステージ傾斜機構
26 地面
70 被接合部材
1 Friction stir welding apparatus 10 Base portion 12 Main shaft 14 Welding tool 18 Sliding mechanism 20 Stage 22 Stage moving mechanism 24 Stage tilting mechanism 26 Ground 70 Parts to be joined

Claims (4)

地面に設置されるベース部と、
前記ベース部の上面に設けられ、前記上面に沿った1軸方向に延在するレールと、
前記1軸方向に延在し、前記レールに直接案内されて前記1軸方向に移動可能な主軸と、
前記主軸の先端に取り付けられ、ツール本体およびピンを含む接合ツールと、
前記接合ツールに対向配置され、被接合部材が設置されるステージと、
前記ステージを前記主軸に垂直な方向に移動可能なステージ移動機構と、
前記ステージを前記主軸に垂直な面に対して傾斜させるステージ傾斜機構と、
を備え、
前記主軸は、前記主軸に垂直な方向に移動する機構が設けられていなく、
前記ステージ傾斜機構は、前記ステージを前記主軸に垂直な面に対して傾斜させた状態で維持させる保持機構を有する、摩擦撹拌接合装置。
a base part installed on the ground;
a rail provided on the upper surface of the base portion and extending in a uniaxial direction along the upper surface;
a main shaft extending in the one-axis direction and movable in the one-axis direction by being directly guided by the rail;
a joining tool attached to the tip of the main shaft and including a tool body and a pin;
a stage arranged opposite to the welding tool and on which the members to be welded are installed;
a stage moving mechanism capable of moving the stage in a direction perpendicular to the main axis;
a stage tilting mechanism that tilts the stage with respect to a plane perpendicular to the main axis;
Equipped with
The main shaft is not provided with a mechanism for moving in a direction perpendicular to the main shaft,
The stage tilting mechanism includes a holding mechanism that maintains the stage tilted with respect to a plane perpendicular to the main axis .
前記1軸方向は水平方向における一方向である請求項1に記載の摩擦撹拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 1, wherein the uniaxial direction is one direction in a horizontal direction. 前記ステージ傾斜機構は、前記主軸の中心軸の延長線と垂直に交差する旋回中心軸周りに前記ステージを回転させる請求項1または2に記載の摩擦撹拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 1 or 2 , wherein the stage tilting mechanism rotates the stage around a pivot axis that perpendicularly intersects with an extension of the central axis of the main shaft. 前記ステージは、前記主軸と共通の前記ベース部に支持される請求項からのいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to any one of claims 1 to 3 , wherein the stage is supported by the base portion that is common to the main shaft.
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