JP3398618B2

JP3398618B2 - 摩擦撹拌接合装置

Info

Publication number: JP3398618B2
Application number: JP11243999A
Authority: JP
Inventors: 雅晴栃木; 斉礼川田
Original assignee: 昭和電工株式会社
Priority date: 1999-04-20
Filing date: 1999-04-20
Publication date: 2003-04-21
Anticipated expiration: 2019-04-20
Also published as: DE60016825T2; DE60016825D1; EP1046453B1; EP1046453A2; US20010040179A1; JP2000301360A; EP1046453A3

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、自動車用サスペ
ンションアーム等に用いられる金属製の接合部材を、突
き合わせ状態で摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＴＩＧやＭＩＧ溶接法などの溶融
接合法やろう付けに代わる接合手段として、固相接合法
の一つである摩擦撹拌接合法が開発されている。この摩
擦撹拌接合法は、接合部材の接合予定部位に回転するプ
ローブを挿入し、プローブとの接触部を摩擦熱にて軟化
させ撹拌しながら、プローブ挿入状態でプローブを接合
予定部位に沿って移動させ、あるいはプローブが順次、
接合予定部位を通過するように接合部材を移動させるこ
とによって、接合部材を接合する方法である。この摩擦
撹拌接合法によれば、接合部への入熱量が非常に小さい
ために熱影響による割れ等が回避され、また、接合部は
素地が撹拌混練されて均一に一体化した状態となり、か
つ組成変化を生じないことから、接合部に十分な剛性及
び強度が付与される等の利点がある。

【０００３】そして、従来、柱状の接合部材を突き合わ
せて摩擦撹拌接合する装置として、特開平１０−１８０
４６７号に示されるものがあった（図５参照）。

【０００４】この装置は、突き合わせ溶接すべき第１、
第２パイプ材（５１）（５２）を支持しかつ回転するた
めの支持ローラ（５３）（５３）（５４）と、前記第
１、第２パイプ材（５１）（５２）を前記支持ローラ
（５３）（５４）（５５）の方向へ押圧する押さえロー
ラ（５５）（５５）と、前記第１、第２パイプ材（５
１）（５２）の接合面に摩擦熱を発生せしめるためのプ
ローブ（５６）を有する溶接工具（５７）と、前記溶接
工具（５７）を着脱交換可能かつ回転可能のスピンドル
（５８）を有する加工ヘッド（５９）とを備えてなり、
前記加工ヘッド（５９）及び押さえローラ（５５）（５
５）は、第１、第２パイプ材（５１）（５２）の径に対
応して上下に位置調節可能な構成となされている。

【０００５】この装置によるパイプ材の接合方法を説明
すると、突き合わせ溶接すべき第１、第２パイプ材（５
１）（５２）を支持ローラ（５３）（５３）（５４）に
載置し、かつ第１、第２パイプ材（５１）（５２）の接
合面を溶接工具（５７）に対応して位置決めすると共
に、押圧ローラ（５５）（５５）によって第１、第２パ
イプ材（５１）（５２）を支持ローラ側に押圧する。こ
の状態で、溶接工具（５７）の回転しているプローブ
（５６）の下端部を、第１、第２パイプ材（５１）（５
２）の接合面に臨ませ押圧すると、接合面に対するプロ
ーブ（５６）の回転による摩擦によって、プローブ（５
６）と接合面との間に摩擦熱が発生し軟化する。そし
て、支持ローラ（５４）によって第１、第２パイプ材
（５１）（５２）を自軸回転させると、第１、第２パイ
プ材（５１）（５２）の接合面に対してプローブ（５
６）が次第に移動するので、接合面の軟化部は接合面に
沿って移動していく。こうして接合面に沿ってプローブ
（５６）が相対的に移動すると、接合面の軟化した金属
は、プローブ（５６）の回転によって撹拌されると共に
プローブ（５６）の直行方向の後側へ移動されて固化
するので、第１、第２パイプ材（５１）（５２）の接合
面の摩擦溶接が行われる。

【０００６】このように、支持ローラの回転によって第
１、第２パイプ材（５１）（５２）を自軸回転させ、プ
ローブ（５６）に対して接合面を相対的に移動させなが
ら摩擦溶接を実施すれば、第１、第２パイプ材（５１）
（５２）を自動的に接合一体化することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
装置において第１、第２パイプ材（５１）（５２）は、
それぞれ回転可能な支持ローラ（５３）（５３）（５
４）に支持され、かつ押圧ローラ（５５）（５５）によ
って支持ローラ側に押圧されることによって、上下方向
の移動阻止状態に拘束されているが、軸方向に移動阻止
状態に拘束されていなかった。このため、支持ローラ
（５５）による自軸回転の際、第１、第２パイプ材（５
１）（５２）の少なくとも一方と支持ローラ（５５）と
の間に滑りが生じると、第１、２パイプ材（５１）（５
２）に回転位相のズレが発生し、接合が不完全になると
いう問題があった。また、第１、第２パイプ材（５１）
（５２）の接合面に隙間が生じないように支持ローラ
（５３）（５４）（５５）上に配置しても、その後の接
合過程において、支持ローラ（５２）（５３）（５５）
等の振動やプローブ（５６）の押付け圧によって、第
１、第２パイプ材（５１）（５２）の接合面間に隙間が
発生し、同じく接合が不完全になるという問題があっ
た。特に、この装置によって３個以上の接合部材を摩擦
撹拌接合しようとすると、上述の問題はさらに発生しや
すいものであった。この発明は、このような問題を解消
するためになされたものであって、接合部材に回転位相
のズレや隙間を発生させることなく、接合部材を一体に
回転させながら突き合わせ接合することができる摩擦撹
拌接合装置の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明に係る摩擦撹拌接合装置は、突き合わせ状
態に配置した複数個の接合部材を、突合せ部において摩
擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置であって、突き合わせ
状態に配置した接合部材全体の両側をチャックすると共
に、接合部材を軸方向に加圧する回転可能なチャック部
と、前記接合部材を支持する回転可能な支持ローラと、
前記接合部材を自軸回転させる駆動モータと、前記接合
部材の突き合せ部近傍に配置された回転するプローブを
有する接合工具とを備え、前記接合部材の自軸回転に伴
い、前記プローブとの接触部を摩擦熱にて順次軟化させ
撹拌して接合部材を接合一体化するものとなされている
ことを特徴とするものである。

【０００９】これによれば、チャック部の軸方向の加圧
によって、突き合わせ状態に配置した接合部材を一体に
自軸回転させることができるため、接合部材の突き合わ
せ部を摩擦撹拌接合する際、接合部材に回転位相のズレ
が生じたり、あるいは接合部材の突き合わせ部に隙間が
生じたりするのを防止できる。

【００１０】また、接合部材の自軸回転は、前記チャッ
ク部を駆動モータと連動させて回転させることによって
行うものでもよいし、前記支持ローラを駆動モータと連
動させて回転させることによって行うものであってもよ
い。特に、前者によれば、駆動モータの回転が接合部材
に確実に伝達されるので、駆動モータの回転数を変更す
ることによって、接合部材を任意の回転数で自軸回転さ
せることができる。従って、例えば、プローブの摩擦熱
によりすぐに軟化する接合部材の場合は、駆動モータの
回転数を大きくことによって、接合部材の自軸回転速度
を上げる一方、プローブの摩擦熱により軟化しにくい接
合部材の場合は、駆動モータの回転数を小さくすること
によって、接合部材の自軸回転速度を下げればよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図１〜図４に示
した一実施形態を参照して説明する。この実施形態は、
この発明に係る摩擦撹拌接合装置を用い、部材本体
（１）、ヨーク部材（２）及びブッシュ装着部材（３）
の突き合わせ接合を行うことによって、自動車などに用
いられるサスペンションアーム用部材（４）を製作しよ
うとするものである。

【００１２】前記部材本体（１）は、中空部（１ａ）を
有するアルミニウム押出パイプ材を押出方向に所定長さ
に切断することによって形成されたものである。また、
部材本体（１）の長さ方向の両側部の外周面は、前記ヨ
ーク部材（２）及びブッシュ装着部材（３）の外径と一
致するように径大に形成されている。

【００１３】前記ヨーク部材（２）は、アルミニウム押
出材を押出方向に所用厚みにスライス切断することによ
って製作されている。このヨーク部材（２）は、一方の
端部が断面コ字状に形成されると共に、他方の端部が円
柱状に形成されている。また、部材本体（１）が連結さ
れる側の端面中央には、部材本体（１）の中空部（１
ａ）の直径と同じかやや小さい外径の凸部（２ａ）が穿
設され、部材本体（１）の中空部（１ａ）に圧入するも
のとなされている。前記ブッシュ装着部材（３）は、ア
ルミニウム押出材を押出方向に所用厚みにスライス切断
することによって製作されている。このブッシュ装着部
材（３）は、図示略の円筒状の防振ブッシュを装着する
もので、該防振ブッシュが嵌め込まれる断面円形状の保
持穴（３ａ）を備えると共に、部材本体（１）が連結さ
れる側の端部が、前記保持穴（３ａ）と所定距離をあけ
て円柱状に形成されている。また、部材本体（１）が連
結される側の端面中央には、部材本体（１）の中空部
（１ａ）の直径と同じかやや小さい外径の凸部（３ｂ）
が突設され、部材本体（１）の中空部（１ａ）に圧入す
るものとなされている。なお、上述のようにブッシュ装
着部材（３）の保持穴（３ｂ）と部材本体が連結される
側の端部と間に所定距離があけられているのは、その部
分に後述のポンチ（１４）によってポンチ孔（３ｃ）を
形成するためである。

【００１４】次に、この発明に係る摩擦撹拌接合装置に
ついて説明する。

【００１５】図１において、（５）はベース部材であ
り、このベース部材（５）上には、各接合部材（１）
（２）（３）を下方から支持する３個の支持部材（６）
（７）（８）と、各接合部材（１）（２）（３）を自軸
回転させる右回転装置（９）及び左回転装置（１０）と
が設けられている。

【００１６】前記支持部材（６）（７）（８）のうち、
部材本体（１）の中央部に位置する中央支持部材（６）
は、ベース部材（５）に対して長さ方向に移動可能かつ
上下方向に昇降可能な二股型の支持ローラブラケット
（６ａ）と、該支持ローラブラケット（６ａ）に回転自
在に設けられた２個の支持ローラ（６ｂ）（６ｂ）とか
らなる。支持ローラ（６ｂ）（６ｂ）は、図３に示すよ
うに、部材本体（１）の回転軸に対して、互いに所定の
角度θで開く態様で対称に配置されており、部材本体
（１）の中央部を回転可能に２点で支持するものとなさ
れている。

【００１７】また、部材本体（１）とヨーク部材（２）
との突き合わせ部（２２）に位置する右側支持部材
（７）は、ベース部材（５）に対して長さ方向に移動可
能かつ上下方向に昇降可能な二股型の支持ローラブラケ
ット（７ａ）と、該支持ローラブラケット（７ａ）に回
転自在に設けられた４個の支持ローラ（７ｂ）・・（７
ｂ）とからなる。これら支持ローラ（７ｂ）・・・（７
ｂ）も、前記中央支持部材（６）の支持ローラ（６ｂ）
（６ｂ）と同様に、部材本体（１）の回転軸に対して互
いに所定の角度θで開く態様で２個ずつ対称に配置され
ており、部材本体（１）の右側径大部（１ｂ）とヨーク
部材（２）を回転可能に２点ずつ支持するものとなされ
ている。また、右支持部材（７）の右側の支持ローラ
（７ｂ）（７ｂ）と左側の支持ローラ（７ｂ）（７ｂ）
とは互いに軸方向に所定距離をあけて配置されている
が、これは後述するように部材本体（１）とヨーク部材
（２）との突き合わせ部を接合する際に、その突き合わ
せ部（２２）が支持ローラ（７ｂ）・・・（７ｂ）と接
触することなく、ちょうど支持ローラ（７ｂ）（７ｂ）
間の位置にくるようにするためである。

【００１８】また、前記部材本体（１）とブッシュ装着
部材（３）との突き合わせ部（２３）に位置する左支持
部材（８）は、ベース部材（５）に対して長さ方向に移
動可能かつ上下方向に昇降可能な二股型の支持ローラブ
ラケット（８ａ）と、該支持ローラブラケット（８ａ）
に回転自在に設けられた４個の支持ローラ（８ｂ）・・
（８ｂ）とからなり、前記右支持部材（７）と同様の態
様に、部材本体（１）とブッシュ装着部材（３）を回転
可能に２点ずつ支持するものとなされている。また、こ
れら４個の支持ローラ（８ｂ）・・・（８ｂ）のうち、
ブッシュ装着部材（３）側の２個の支持ローラ（８ｂ）
（８ｂ）の肉厚が薄く形成されているのは、後述するよ
うにポンチ（１４）によりブッシュ装着部材（３）の中
間部にポンチ孔（３ｃ）を穿設する際、左側の支持ロー
ラ（８ｂ）（８ｂ）とポンチ（１４）との接触を回避す
るためである。

【００１９】なお、中央支持部材（６）、右側支持部材
（７）及び左側支持部材（８）のいずれも、上述のよう
に、ベース部材（５）の長さ方向に移動可能となされて
いるので、製作されるべきサスペンションアーム用部材
（４）の長さに応じて配置箇所をそれぞれ任意に設定す
ることができる。また、ベース部材（５）に対して上下
方向に昇降可能となされているので、製作されるべきサ
スペンションアーム用部材（４）の外径に対応して、サ
スペンションアーム用部材（４）を水平に支持すること
できる。

【００２０】前記右回転装置（９）及び左回転装置（１
０）は、上述の３個の支持部材（６）（７）（８）を挟
んで、ベース部材（５）の長さ方向に沿って互いに対向
する態様で設けられている。

【００２１】この右回転装置（９）は、底面（９ａ）を
ベース部材（５）上に固定されており、左回転装置（１
０）と対向する側面（９ｂ）の上部に右チャッキングア
ーム（１１）が回転可能に設けられると共に、内部に該
チャッキングアーム（１１）を回転させる駆動モータ
（１２）が収容されている。右チャックングアーム（１
１）は、前記ヨーク部材（２）の端部のコ字形状に対応
した凸部（１１ａ）が形成されており、前記ヨーク部材
（２）を確実に把持するものとなされている。しかし
て、駆動モータ（１２）を作動し、右チャッキングアー
ム（１１）を回転させると、右チャックングアーム（１
１）に把持されたヨーク部材（２）が自軸回転すること
になる。

【００２２】左回転装置（１０）は、ベース部材（５）
上に長さ方向に移動可能に設けられており、前記右回転
装置（９）と対向する側面（１０ａ）の上部に左チャッ
キングアーム（１３）が回転可能に設けられている。こ
の左チャッキングアーム（１３）は、ブッシュ装着部材
（３）の端部形状に対応した凹部（１３ａ）が形成され
ており、前記ブッシュ装着部材（３）を確実に把持する
ものとなされている。しかして、左チャッキングアーム
（１３）にブッシュ装着部材（３）を把持せしめた状態
で、左回転装置（１０）を右回転装置（９）が存在する
方向に移動させると、ブッシュ装着部材（３）及びヨー
ク部材（２）の凸部（３ａ）（２ａ）が、前記部材本体
（１）の中空部（１ａ）に圧入せしめられる。このた
め、ブッシュ装着部材（３）及びヨーク部材と部材本体
（１）とが、後述の自軸回転の際にもずれることなく一
体に結合することになる。

【００２３】そして、さらに左回転装置（１０）を右回
転装置（９）が存在する方向に移動させようとすると、
部材本体（１）とブッシュ装着部材（３）及びヨーク部
材（２）との突き合わせ部（２２）（２３）が適度に加
圧される。このため、この状態で右回転装置（９）の右
チャッキングアーム（１１）が回転すると、それに伴っ
てヨーク部材（２）、部材本体（１）及びブッシュ装着
部材（３）が、上述の一体結合力と相俟って、それぞれ
確実に密着しながら自軸回転することになる。

【００２４】また、左チャッキングアーム（１３）の上
側と下側の側壁は、横側の側壁よりも長く形成され、そ
れら長く形成された部分にそれぞれ後述のポンチ（１
４）とほぼ同形同寸のポンチ挿通孔（１３ｂ）が穿設さ
れている。そして、このポンチ挿通孔（１３ｂ）の上方
には、図示略の打ち抜き加工装置に設けられ昇降運動可
能なポンチ（１４）が配置されており、左チャッキング
アーム（１３）にブッシュ装着部材（３）を把持せしめ
た状態で、前記ポンチ（１４）を左チャッキングアーム
（１３）のポンチ挿通孔（１３ｂ）に上方から下方へ挿
通させると、左チャッキングアーム（１３）がダイスの
役割をして、ブッシュ装着部材（３）の中間部に長方形
状のポンチ孔（３ｃ）が形成される。

【００２５】一方、前記各支持部材（６）（７）（８）
の上方には、水平を保ちつつ昇降する昇降装置（１５）
が設けられており、該昇降装置（１５）に配置された３
個の押さえ部材（１６）（１７）（１８）によって、前
記支持部材（６）（７）（８）に支持された部材本体
（１）を上方から押さえるものとなされている。

【００２６】これら押さえ部材（１６）（１７）（１
８）のうち、前記昇降装置（１５）の中央に設けられた
中央押さえ部材（１６）は、昇降装置（１５）の長さ方
向に移動可能かつ上下方向に昇降可能な二股型の押さえ
ローラブラケット（１６ａ）と、該押さえローラブラケ
ット（１６ａ）に回転自在に設けられた支持ローラ（１
５ｂ）とからなる。この押さえローラ（１６ｂ）は、図
３に示すように、部材本体（１）の回転軸の上方に配置
されており、部材本体（１）の中央部を回転可能に１点
で押さえるものとなされている。

【００２７】また、前記昇降装置（１５）の両側に設け
られた前記右押さえ部材（１７）及び左押さえ部材（１
８）は、昇降装置（１５）に対して左右に移動可能かつ
上下に昇降可能な押さえローラブラケット（１７ａ）
（１８ａ）と、該押さえローラブラケット（１７ａ）
（１８ａ）に回転自在に設けられた押さえローラ（１７
ｂ）（１８ｂ）とからなる。これら押さえローラ（１７
ｂ）（１８ｂ）は、前記中央押さえ部材（１６）の押さ
えローラ（１６ｂ）と同様に、前記部材本体（１）の回
転軸の上方に配置されており、部材本体（１）の両側の
径大部（１ｂ）（１ｃ）を回転可能に１点で押さえるも
のとなされている。

【００２８】また、前記右支持部材（７）及び左支持部
材（８）の上方における、部材本体（１）とヨーク部材
（２）及びブッシュ装着部材（３）との突き合わせ部
（２２）（２３）が通過する位置には、それぞれ接合工
具（１９）（１９）が設けられている。この接合工具
（１９）は、図４に示すように、径大の円柱状回転子
（２０）と、該回転子（２０）の端部軸線上に該回転子
（２０）と一体回転可能に突設された径小のピン状プロ
ーブ（２１）とを有している。前記回転子（２０）及び
プローブ（２１）は、前記部材本体（１）、ヨーク部材
（２）及びブッシュ装着部材（３）より硬質で、かつ接
合時に発生する摩擦熱に耐えうる耐熱材料によって形成
されている。また、前記プローブ（２１）の周面には、
突き合わせ部の撹拌用凹凸（図示せず）が形成されてい
る。なお、（２０ａ）は前記回転子（２０）のプローブ
側平坦面からなる肩部である。

【００２９】かかる構成の接合工具（１９）は、部材本
体（１）とヨーク部材（２）及びブッシュ装着部材
（３）との突き合わせ部の上方に、プローブ（２１）を
下方に向ける態様にして配置されると共に、図示しない
昇降装置に取り付けられて上下方向に昇降するものとな
されており、この昇降装置を操作することで、プローブ
（２１）を各接合部材（１）（２）（３）の突き合わせ
部（２２）（２３）に挿入したり、挿入したプローブ
（２１）を突き合わせ部（２２）（２３）から引き抜い
たりすることができるものとなされている。また、前記
プローブ（２１）は、各接合部材（１）（２）（３）の
回転軸に向かって挿入されるものとなされており、した
がってプローブ（２１）の挿入の際に生じる挿入圧や、
回転子（２０）の肩部の接合部材周面への押付け圧は、
プローブ（２１）の挿入位置から各接合部材（１）
（２）（３）の回転軸に向かう方向に働くものとなる。

【００３０】次に、上記摩擦撹拌接合装置を用いて摩擦
撹拌接合を行う場合について説明する。

【００３１】まず、前記支持部材（６）（７）（８）を
ベース部材（５）上の所定位置にあらかじめ配置する。
すなわち、各接合部材（１）（２）（３）の接合時にお
いて、部材本体（１）中央が中央支持部材（６）に支持
されると共に、部材本体（１）とヨーク部材（２）の突
き合わせ部（２２）が右支持部材（７）の支持ローラ
（７ｂ）（７ｂ）間に位置し、かつ部材本体（１）とブ
ッシュ装着部材（３）の突き合わせ部（２３）が左支持
部材（８）の支持ローラ間（８ｂ）（８ｂ）に位置する
ように、前記支持部材（６）（７）（８）をベース部材
（５）上の所定位置に配置する。また、それと同時に、
各押さえ部材（１６）（１７）（１８）の押さえローラ
（１６ｂ）（１７ｂ）（１８ｂ）が、前記支持部材
（６）（７）（８）の支持ローラ（１６ｂ）（１７ｂ）
（１８ｂ）上方の所定箇所に位置するように、中央押さ
え部材（１６）、右押さえ部材（１７）及び左押さえ部
材（１８）を昇降装置（１５）の所定の位置にあらかじ
め配置する。

【００３２】そして、ヨーク部材（２）を所定位置に配
置するべく、ヨーク部材（２）を右回転装置（９）の右
チャッキングアーム（１１）に把持せしめると共に、右
支持部材（７）の右側の支持ローラ（７ｂ）に載置す
る。また、部材本体（１）を所定位置に配置するべく、
部材本体（１）を、前記右支持部材（７）、中央支持部
材（６）及び左支持部材（８）の各支持ローラ（７ｂ）
（６ｂ）（８ｂ）に載置する。このとき、部材本体
（１）の右側端部の中空部（１ａ）に、ヨーク部材
（２）の凸部（２ａ）はまだ圧入されておらず、部材本
体（１）とヨーク部材（２）は互いに所定距離を隔てて
配置されている。

【００３３】これらヨーク部材（２）及び部材本体
（１）の配置が完了したら、ブッシュ装着部材（３）を
左回転装置（１０）の左チャックアームに保持せしめ
る。そして、この状態で左回転装置（１０）を右回転装
置（９）が存在する方向に移動させると、ブッシュ装着
部材（３）の凸部（３ｂ）が部材本体（１）の左側の中
空部（１ａ）に圧入せしめられ、さらに部材本体（１）
の右側の中空部（１ａ）にヨーク部材（２）の凸部（２
ａ）が圧入せしめられる。そして、さらに左回転装置
（１０）を右回転装置（９）が存在する方向に移動させ
ようとすると、各接合部材（１）（２）（３）の突き合
わせ部（２２）（２３）が軸方向に適度に加圧され確実
に密着することになる。

【００３４】そして、昇降装置（１５）を作動して、該
昇降装置（１５）に設けられた３個の押さえ部材（１
６）（１７）（１８）を下方に降下せしめ、各押さえロ
ーラ（１６ｂ）（１７ｂ）（１８ｂ）により部材本体
（１）を下方に押圧する。しかして、部材本体（１）、
ヨーク部材（２）及びブッシュ装着部材（３）の各部材
は、支持部材（６）（７）（８）、右回転装置（９）、
左回転装置（１０）及び押さえ部材（１６）（１７）
（１８）によって、上下左右方向に移動阻止状態に拘束
されることになる。

【００３５】この状態で、図示略の打ち抜き加工装置を
作動して、該打ち抜き加工装置に設けられポンチ（１
４）を、左回転装置（１０）の左チャッキングアームの
上側及び下側のポンチ挿通孔（１３ｂ）（１３ｂ）に挿
通させて引き抜くと、左チャッキングアーム（１３）が
ダイスの役割をして、左チャッキングアーム（１３）に
把持されたブッシュ装着部材（３）の中間部に長方形状
のポンチ孔（３ｃ）が形成される。

【００３６】次に、各接合部材（１）（２）（３）の突
き合わせ部を撹拌摩擦溶接するべく、図示略の昇降装置
により接合工具（１９）のプローブ（２１）を回転させ
ながら、下方に移動させて各接合部材（１）（２）
（３）の突き合わせ部（２２）（２３）に挿入する。挿
入は回転子（２０）の肩部（２０ａ）が突き合わせ部
（２２）（２３）の周面に当接するまで行い、そして
回転子（２０）の肩部を突き合わせ部（２２）（２３）
の周面に押し付ける。プローブ（２１）の挿入の際に生
じる挿入圧及び回転子（２０）の肩部（２０ａ）の周面
への押し付け圧によって、各接合部材（１）（２）
（３）は下向きの負荷を受けて撓もうとするが、支持部
材（６）（７）（８）の各支持ローラ（６ｂ）（７ｂ）
（８ｂ）によってその撓みが防止され、回転軸がずれる
ことはない。

【００３７】そして、プローブ（２１）挿入状態で、か
つ回転子（２０）の肩部（２０ａ））を突き合わせ部
（２２）（２３）の周面に押し付けた状態で、プローブ
（２１）が順次、突き合わせ部（２２）（２３）を通過
するように、駆動モータ（１２）を作動して各接合部材
（１）（２）（３）を自軸回転させる。このとき、上述
したように、左回転装置（１０）によって各接合部材
（１）（２）（３）の突き合わせ部（２２）（２３）が
確実に密着しているため、駆動モータ（１２）により右
回転装置（９）の右チャッキングアーム（１１）が回転
すると、それに伴ってヨーク部材（２）、部材本体
（１）及びブッシュ装着部材（３）が一体に自軸回転す
る。

【００３８】プローブ（２１）の回転により発生する摩
擦熱、あるいはさらに回転子（２０）の肩部（２０ａ）
と突き合わせ部（２２）（２３）の周面の摺動に伴い発
生する摩擦熱によって、プローブ（２１）との接触部分
近傍において各接合部材（１）（２）（３）は軟化し、
かつ撹拌されると共に、各接合部材（１）（２）（３）
の自軸回転に伴って、軟化撹拌部分がプローブ（２１）
の通過溝を埋めるように塑性流動したのち、摩擦熱を急
速に失って冷却固化される。この現象が各接合部材
（１）（２）（３）の自軸回転に伴って順次繰り返され
ていき、最終的に各接合部材（１）（２）（３）が突き
合わせ部（２２）（２３）において接合一体化され、サ
スペンションアーム用部材（４）が得られる。

【００３９】後は、各押さえ部材（１６）（１７）（１
８）、右回転装置（９）及び左回転装置（１０）のサス
ペンションアーム用部材（４）への拘束を解除した上
で、図示略の部材払出クランプによってサスペンション
アーム用部材（４）を払い出せばよい。

【００４０】このように、左回転装置（１０）及び右回
転装置（９）の軸方向の加圧によって、ヨーク部材
（２）、部材本体（１）及びブッシュ装着部材（３）が
一体に自軸回転するため、接合工具（１９）のプローブ
（２１）や回転子（２０）による突き合わせ部（２２）
（２３）への押し付け圧や、各接合部材（１）（２）
（３）と前記支持ローラ（６ｂ）（７ｂ）（８ｂ）との
間の滑りによって、接合部材（１）（２）（３）に回転
位相のズレや隙間が発生するのを防止することができ
る。

【００４１】また、この実施形態では、右チャッキング
アーム（１１）が駆動モータ（１２）と連動して回転す
るものとなされているので、駆動モータの回転が各部材
（１）（２）（３）に確実に伝達され、駆動モータの回
転数を変更することによって、各部材（１）（２）
（３）を任意の回転数で自軸回転させることができる。

【００４２】なお、このように右回転装置（９）の右チ
ャッキングアーム（１１）が駆動モータ（１２）と連動
して回転するものとしたが、左回転装置（１０）の左チ
ャッキングアーム（１３）が駆動モータ（１２）と連動
して回転したり、あるいは両チャッキングアーム（１
１）（１３）が駆動モータ（１２）と連動して回転する
ものとしてもよい。また、支持部材（６）（７）（８）
の支持ローラ（６ａ）（７ｂ）（８ｂ）の少なくとも一
の支持ローラが、駆動モータと連動して回転することに
よって、各接合部材（１）（２）（３）を自軸回転させ
るものとしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、チャック
部の軸方向の加圧によって、突き合わせ状態に配置した
接合部材を一体に自軸回転させることができる。このた
め、接合部材の突き合わせ部を摩擦撹拌接合する際、接
合部材に回転位相のズレが生じたり、あるいは接合部材
の突き合わせ部に隙間が生じたりするのを防止でき、接
合不良のない品質の高い製品を提供することが可能とな
る。

【００４４】請求項２に係る発明によれば、駆動モータ
の回転が接合部材に確実に伝達されるので、駆動モータ
の回転数を変更することによって、接合部材を任意の回
転数で自軸回転させることができ、様々な材質の接合部
材に適用可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態を示す斜視図である。

【図２】支持ローラに載置された状態の各接合部材の平
面図である。

【図３】部材本体の中央部付近の横断面図である。

【図４】部材本体とヨーク部材の突き合わせ部付近の拡
大斜視図である。

【図５】従来の摩擦撹拌接合装置を示す図である。

【符号の説明】

１・・・部材本体２・・・ヨーク部材３・・・ブッシュ装着部材４・・・サスペンションアーム用部材５・・・ベース部材６・・・中央支持部材７・・・右支持部材８・・・左支持部材９・・・右回転装置１０・・・左回転装置１１・・・右チャッキングアーム１３・・・左チャッキングアーム１４・・・ポンチ１６・・・中央支持部材１７・・・右支持部材１８・・・左支持部材１９・・・接合工具２１・・・プローブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平11−170070（ＪＰ，Ａ) 特開平11−170071（ＪＰ，Ａ) 特開平11−156560（ＪＰ，Ａ) 特開平10−180467（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 20/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】突き合わせ状態に配置した複数個の接合
部材を、突合せ部において摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接
合装置であって、突き合わせ状態に配置した接合部材全体の両側をチャッ
クすると共に、接合部材を軸方向に加圧する回転可能な
チャック部と、前記接合部材を支持する回転可能な支持ローラと、前記接合部材を自軸回転させる駆動モータと、前記接合部材の突き合せ部近傍に配置された回転するプ
ローブを有する接合工具とを備え、前記接合部材の自軸回転に伴い、前記プローブとの接触
部を摩擦熱にて順次軟化させ撹拌して接合部材を接合一
体化するものとなされていることを特徴とする摩擦撹拌
接合装置。
【請求項２】前記チャック部の少なくともいずれか
一方が、駆動モータと連動し回転することによって、チ
ャック部に両側をチャックされた接合部材全体が、一体
に自軸回転するものとなされている請求項１に記載の摩
擦撹拌接合装置。