JPWO2012060439A1 - 摩擦撹拌接合装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2010年11月4日に日本に出願された特願2010−247811号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図1乃至図6は本発明の実施の一形態を示している。この摩擦撹拌接合装置では、摩擦撹拌接合で摩擦撹拌接合用ツール5を移動させる方向(以下、前後方向と定義する。)に延びるベースプレート1c上に、ベースプレート1cの長手方向に沿い平行に配した左右一対のフレーム1bと1bを、一定の間隔を置いて設置することにより、架構1を構成している、また、各フレーム1bと1bの各上端面には、上面にワーク2a,2bが載置される一対のワーク固定定盤3aと3bとがそれぞれ設置されている。各ワーク固定定盤3aと3bの上面はいずれも水平に保たれ、且つ固定定盤3aと3bとの間には、前後方向にスリット状に延びる、所定間隔を有する隙間4が形成されている。そして、隙間4の下方には、ベースプレート1cと左右のフレーム1bと左右のワーク固定定盤3a,3bとで囲まれる空間部1aが形成されている。
ケース内には、上下方向に延びる主軸6と、主軸6の上端とボビンツール5の軸部5bの下端との間に設けられた接合用ツール支持機構13(図6参照)と、主軸6の外周側に油冷室15を形成するための略円筒形状のケーシング16と、主軸6の上端部と下端部をケーシング16に回転自在に支持するための軸受け23,24と、ボビンツール5の外周側を冷却する気体を噴出するための冷却用ノズル17と、ACサーボモータ等の主軸回転駆動装置7とを備える。
また、主軸6の上端には、略円筒状のツールホルダー12が同軸をなすよう取り付けられている。このツールホルダー12は、摩擦撹拌接合用ツールとして使用される、ショルダー間隔が固定式のボビンツール5の軸部5bを同軸をなすよう収容し、ボビンツール5にすべりキー11を介して動力を伝達する。
更に、主軸6の下端部と主軸回転駆動装置7の下向きの出力軸7aとは、ケースの底面板8aに設けた開口部より下方に突出している。また、ケースの底面板8aの下方には、主軸回転駆動機構14が設けられている。主軸回転駆動機構14は、主軸回転駆動装置7の出力軸7aに取り付けたVプーリ20と主軸6の下端部に取り付けたVプーリ21との間に、Vベルト22を掛け回し、主軸回転駆動装置7の駆動により主軸6を回転駆動させる。
更に、主軸6及びケーシング16の上端部は、ケースの天井壁8cの開口部8dに下方より嵌入され、主軸6の上端部に支持されているツールホルダー12及び摩擦撹拌接合用ツール5は、この開口部8dを介して天井壁8cの上方に突出している。また、主軸回転駆動装置7の上端部は、天井壁8cの開口部8eに嵌入されている。
これらの構成により、接合装置本体8が、その左右両側の側壁8bの上端部と下端部にそれぞれ設けたローラ循環式のリニアガイド機構9を介して、隙間4の長手方向(前後方向)に移動自在となっている。また、隙間4からワーク固定定盤3a,3bの上方に突出するボビンツール5のプローブ5aを、ワーク固定定盤3a,3bに固定された、図中二点鎖線で示すワーク2a,2b間に位置させることにより、ワーク2a,2bの摩擦撹拌接合が実施可能となる。
ツールホルダー12の内周面には、図6に示すように、ツールホルダー12の上端に連通する所要長さのキー溝12aが上下に設けられている。またボビンツール5の基端側(下側)に位置する軸部5bの外周面には、ツールホルダー12のキー溝12aよりも短い長さのキー溝5cが上下に設けられ、このキー溝5c内に、すべりキー11が固定されている。そして、キー溝12aとすべりキー11とが嵌合するようにツールホルダー12の内部にボビンツール5の軸部5bを収容することにより、ワーク2a,2bを摩擦撹拌接合する際の主軸6の回転力を、ツールホルダー12及びすべりキー11を介してボビンツール5に伝達することができる。また、すべりキー11の長さがキー溝12aよりも短いため、ボビンツール5がツールホルダー12の内側を上下に摺動することができる。
また、主軸6の上端の中心部には、下方に延びる所定深さのばね支持用支柱固定穴6aが設けられている。固定穴6aの底部には、上方に向けて延びる円柱状のばね支持用支柱18が、固定穴6aと同軸をなすよう固定されている。ばね支持用支柱18の上端は固定穴6aの上端から上方に突出し、ばね支持用支柱18の周囲には、ボビンツール5を支持するための弾性体としてのばね19が、同心状に設置されている。また、ボビンツール5の軸部5bの下端面の中心部には、ばね支持用支柱18の上端部が挿入されるばね支持用支柱挿入穴5dが設けられている。挿入穴5dにはばね支持用支柱18の上端部が挿入されると共にばね19の上端にボビンツール5の軸部5bの下端面が当接され、その結果、主軸6の上端とボビンツール5の軸部5bの下端との間には、上下方向に隙間が形成される。そして、上記構成により、ボビンツール5を、その自重をばね19により吸収しつつ下方から支持する接合用ツール支持機構13が構成されている。接合用ツール支持機構13により、ワーク2a,2bが上下方向(板厚方向)に変形していた場合でも、その変形に追従して、摩擦撹拌接合用ツールとしてのボビンツール5を、摩擦撹拌接合時にワーク2a,2bより下方からスムースに昇降動作させることができる。
図5に示すように、リニアガイドレール27の上面と下面には略V字形状の溝27aが形成されている。また、リニアガイドブロック26には、溝27aに嵌合する突出部26aが設けられ、リニアガイドブロック26の突出部26aの斜面には、上記略V字形状の溝27aの斜面に当接する複数の転動体としての図示してない円柱状のころが、接合装置本体8の移動方向(リニアガイドレール27の延設方向)に垂直な軸回りに回転可能にそれぞれ設けられている。
上記構成を有するリニアガイドブロック26を備えることにより、摩擦撹拌接合時にベース1の幅方向に生じる大きな接合反力を、接合装置本体8の両側のリニアガイドブロック26を介して架構1に受けさせることが可能となっている。
エンドレスウィンチ29のドラム29aに巻かれているワイヤロープ31の一端は、図3及び図4に示すように、接合装置本体8の移動方向の一端側の天井壁8cの上面に上下方向に回転自在に取り付けられた、連結具としてのアイプレート8fに連結されている。また、エンドレスウィンチ29のドラム29aに巻かれているワイヤロープ31の他端は、図2に示すように、シーブ30に掛けられてから、シーブブロック28の下側のシーブ28aから上側の28aの順に掛けられ、更に、図3及び図4に示すように、接合装置本体8の移動方向他端側の天井壁8c上面に上下方向に回動自在に取り付けられた、連結具としてのアイプレート8gに連結されている。これにより、ワイヤロープ31は、シーブブロック28とエンドレスウィンチ29との間に、いわば無端状に掛け渡されている。
エンドレスウィンチ29のドラム29aを一方向に回転させて、図2において、ワイヤロープ31を反時計方向に移動させると、接合装置本体8の主軸6は、図1において、エンドレスウィンチ29側に移動する。逆に、エンドレスウィンチ29のドラム29aを上記と反対方向に回転させて、図2において、ワイヤを時計方向に移動させると、接合装置本体8の主軸6は、図1において、シーブブロック28側へ移動する。そして、ボビンツール5のプローブ5aを、ワーク固定定盤3a,3bに固定されたワーク2a,2b間に位置させ、この状態で、主軸6を主軸回転駆動装置7の駆動で回転させて、摩擦撹拌接合用ツールであるボビンツール5を回転させることにより、ワーク2a,2bの接合部を下方から摩擦撹拌接合可能となる。
上記のようにして、ワーク2a,2bがワーク固定定盤3a,3b上に固定されると、次に、移動装置10を構成するエンドレスウィンチ29を駆動してワイヤロープ31を介し接合装置本体8を牽引させ、主軸6と共にボビンツール5を図1に示す位置よりエンドレスウィンチ29側へ移動させる。この場合、主軸6をワーク2a,2bの接合開始位置の直前まで移動させた後、隙間4の間から上向きに突出するボビンツール5のプローブ5aがワーク2a,2bの端面に掛かる(当接する)まで主軸6を微速で移動させ、ボビンツール5のプローブ5aがワーク2a,2bの端面に掛かった段階で主軸6を主軸回転駆動装置7により回転させる。また、主軸6の回転に連動させて、図示してない潤滑油循環装置による主軸6外周側の各軸受け23,24及び油冷室15への潤滑油の循環と、冷却用ノズル17からの気体、たとえば、空気の噴出を開始する。この際、ボビンツール5のプローブ5aがワーク2a,2bに容易に掛かるように、ワーク2a,2bの接合開始位置となるワーク2a,2bの接合側の一端(シーブブロック28側の端)に切り欠きを設けることが好ましい。
次に、主軸回転駆動装置7により主軸6を回転させてから所要時間経過した後、エンドレスウィンチ29の駆動でワイヤロープ31を介して接合装置本体8をエンドレスウィンチ29側へ牽引する移動を再開させて、ワーク2a,2b間の接合線の一端から、接合終了位置となるワーク接合線の他端(エンドレスウィンチ29側の端)までワーク2a,2bの摩擦撹拌接合を行う。
また、架構1上のワーク固定定盤3a,3bに載置したワーク2a,2bを、ワーク固定定盤3a,3b同士の間に形成した隙間4を介して下方から上向きに突出させたボビンツール5を回転させて摩擦撹拌接合するので、ワーク2a,2bの幅寸法がワーク固定定盤3a,3bの幅寸法よりも大きくても、ワーク2a,2bの摩擦撹拌接合を行うことができる。この際、ワーク2a,2bの大きさ(幅寸法)に対応させて、摩擦撹拌装置を大型化する必要もないので、摩擦撹拌装置の小型化を図ることができる。
但し、上記実施形態の構造において、大きな反力を受けることが可能であるという本願の目的とする効果を得るためには、リニアガイド機構9が、架構1に平行に設置した複数本のリニアガイドレール27を備え、1本のリニアガイドレール27あたり複数個のリニアガイドブロック26を介して、接合装置本体8を支持していることが好ましい。
Claims (8)
- ワークを接合する接合線の長さよりも長い架構と、
この架構の上面に、上記ワーク間の接合線に沿って延びる隙間を形成するように設置された一対のワーク固定定盤と、
上記隙間の下方に位置し、上記隙間から上方に突出する摩擦撹拌接合用ツールと、
この摩擦撹拌接合用ツールを上端部に取り付ける主軸と、
この主軸を回動させる主軸回転駆動装置とを備える接合装置本体と、
この接合装置本体を上記隙間に沿って移動自在に支持するリニアガイド機構と、
上記接合装置本体を上記隙間に沿って移動させる移動装置と、
を備える摩擦撹拌接合装置。 - 上記リニアガイド機構が、上記接合装置本体に設置したローラ循環式のリニアガイドブロックと、このリニアガイドブロックに対応させて上記架構に設置した、上記隙間に沿って延びるリニアガイドレールとを備える請求項1記載の摩擦撹拌接合装置。
- 上記リニアガイド機構が、上記架構に平行に設置した複数本の上記リニアガイドレールを備える請求項2記載の摩擦撹拌接合装置。
- 上記リニアガイド機構が、1本の上記リニアガイドレールあたり複数個の上記リニアガイドブロックを介して、上記接合装置本体を支持している請求項2または3記載の摩擦撹拌接合装置。
- 上記摩擦撹拌接合用ツールをボビンツールとし、上記摩擦撹拌接合用ツールと主軸との間に、上記摩擦撹拌接合用ツールを支持する弾性体を設置した請求項1〜4のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。
- 接合装置本体の主軸の外周側に油冷室を形成するためのケーシングを設け、このケーシングに、上記主軸を軸受けを介して回転可能に支持させ、軸受けと上記油冷室に潤滑油を循環させる請求項1〜5のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。
- 接合装置本体に、摩擦撹拌接合用ツールの外周側を冷却する気体の噴出方向が変更可能な冷却用ノズルを設置した請求項1〜6のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。
- 移動装置が、エンドレスウィンチと、エンドレスウィンチに巻き取られて両端を接合装置本体の移動方向両端部に連結した索状物とを備え、上記エンドレスウィンチの駆動で接合装置本体を移動させる請求項1〜7のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。
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