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JP6084887B2 - 摩擦撹拌接合装置および摩擦撹拌接合方法 - Google Patents

摩擦撹拌接合装置および摩擦撹拌接合方法 Download PDF

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Description

本発明は、突き合わされたワーク同士を摩擦撹拌接合により接合する装置および方法に関する。
従来、突き合わされたワーク同士を接合する摩擦撹拌接合装置としては、プローブ型の回転工具を備えるものが知られている。プローブ型の回転工具は、円柱状の本体の端面からプローブが突出しており、当該回転工具の軸方向がワークに対して傾けられた状態で、換言すれば本体の一部がワークに食い込むような状態で、回転させられながらワーク同士の境界に沿って移動させられる。このため、接合後の領域の表面側には窪みが形成される。
近年では、ワークを挟持する一対のショルダがプローブの両側に設けられたボビン型の回転工具が開発されている。ボビン型の回転工具は、当該回転工具の軸方向がワークと垂直となる状態で、回転させられながらワーク同士の境界に沿って移動させられる。
例えば、特許文献１には、ワークの表面上で回転する第１ショルダとワークの裏面上で回転する第２ショルダとを異なる速度で回転させることができる摩擦撹拌接合装置が開示されている。
特許第４０５２４４３号公報
特許文献１に開示された摩擦撹拌接合装置は、突き合わされたワーク同士の間に隙間がある場合には接合後の領域に窪みが形成されることを課題とし、外部から視認される接合後の領域の表面側に窪みが形成されることを回避するために、裏面側の第２ショルダの回転速度を表面側の第１ショルダの回転速度よりも速くしている。これにより、ワークの裏面側が表面側よりも先に軟化するため、ワーク同士の間に隙間がある場合でも接合後の領域の表面側に窪みが形成されることを防止することができる。
ところで、本発明の発明者らは、ボビン型の回転工具を用いた場合、ワーク同士の間に隙間がない場合でも、図５（ａ）に示すように、接合後の領域ＷＪの表面側では、接合跡ＷＴの両側に線状の窪みＲが形成されることを発見した。そして、その窪みＲは、ショルダが摩擦熱を発生させるために生じる不可避的なものであることを突き止めた。従って、接合後の領域の表面側における接合跡の両側の窪みは、ワーク同士の間に隙間があることを前提とする特許文献１に開示された摩擦撹拌接合装置でも同様に生じる。
そこで、本発明は、ワーク同士の間の隙間の有無に拘らずに接合後の領域の表面側における接合跡の両側に窪みが形成されることを防止することができる摩擦撹拌接合装置および摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の摩擦撹拌接合装置は、突き合わされたワーク同士を摩擦撹拌接合により接合する装置であって、摩擦撹拌用のねじ山が形成された回転シャフトと、前記回転シャフトの先端に固定された、前記回転シャフトと共に回転して前記ワークの裏面との間に摩擦熱を生じさせる回転ショルダと、前記ワークの表面側で前記回転シャフトを回転可能に支持する、前記回転シャフトを回転させるモータを含む駆動ユニットと、前記回転ショルダを前記ワークの裏面に押し付けるための押付機構と、前記回転シャフトに貫通されて前記回転ショルダと共に前記ワークを挟持する、前記駆動ユニットまたは前記駆動ユニットと連結された部材に回転不能に取り付けられた静止ショルダと、を備えることを特徴とする。
上記の構成によれば、ワークの表面側では静止ショルダが回転しないため、ワークを軟化させる摩擦熱が生じない。従って、ワーク同士の間に隙間がない場合は勿論のこと、隙間がある場合でも、接合後の領域の表面側における接合跡の両側に窪みが形成されることを防止することができる。
上記の摩擦撹拌接合装置は、前記静止ショルダを前記ワークの表面に押し付ける付勢部材をさらに備えてもよい。この構成によれば、ワークの表面にうねりがあっても、そのうねりに静止ショルダを追従させることができる。
上記の摩擦撹拌接合装置は、前記回転ショルダの前記ワークの裏面への押付力を検出するための検出器をさらに備え、前記押付機構は、前記検出器の検出値に応じて作動するように構成されていてもよい。あるいは、前記押付機構は、前記モータの電流値に応じて作動するように構成されていてもよい。これらの構成によれば、回転ショルダのワークの裏面への押付力を一定に保つことができる。
前記回転シャフトには、前記ねじ山が、前記静止ショルダと重なり合う領域にも形成されており、前記静止ショルダの前記回転ショルダ側の面には、前記回転シャフトに挿通される中心穴から、前記回転シャフトが前記ワーク同士の境界に沿って移動される方向である接合方向に延びる、前記ワークと撹拌可能な材料からなるワイヤを前記ねじ山に供給するためのワイヤ供給溝が形成されていてもよい。この構成によれば、接合後の領域の裏面側が全体的に窪むことを抑制することができる。
上記の摩擦撹拌接合装置は、前記静止ショルダに対して前記接合方向に配置された、前記ワイヤを前記ワークの表面に押し付ける押えローラをさらに備えてもよい。この構成によれば、ワークと回転シャフトとの相対移動によってワイヤをねじ山に供給することができる。
前記静止ショルダの前記回転ショルダ側の面には、前記回転シャフトに挿通される中心穴から、前記回転シャフトが前記ワーク同士の境界に沿って移動される方向である接合方向と逆方向に延びる成形部が形成されていてもよい。この構成によれば、ワークの接合と同時にワークの表面における接合後の領域の表面側に線状の凸部または凹部を形成することができる。
上記の摩擦撹拌接合装置は、前記回転シャフトの軸方向に摺動可能に前記駆動ユニットと連結された支持体をさらに備え、前記押付機構は、前記支持体に対して前記駆動ユニットを移動させるものであり、前記静止ショルダは、前記支持体に取り付けられていてもよい。この構成によれば、静止ショルダのワークの表面への押付力と回転ショルダのワークの裏面への押付力とを独立して調整することが可能になる。
また、本発明の摩擦撹拌接合方法は、突き合わされたワーク同士を摩擦撹拌接合により接合する方法であって、摩擦撹拌用のねじ山が形成された回転シャフトの先端に固定された回転ショルダを前記ワークの裏面に押し付け、かつ、前記回転シャフトに貫通された回転不能な静止ショルダを前記ワークの表面に押し付けた状態で、前記回転シャフトを前記ワークに対して垂直に保ったままで回転させながら前記ワーク同士の境界に沿って移動させることを特徴とする。
例えば、前記回転シャフトには、前記ねじ山が、前記静止ショルダと重なり合う領域にも形成されており、前記静止ショルダの前記ワークとの接触面には、前記回転シャフトに挿通される中心穴から、前記回転シャフトが前記ワーク同士の境界に沿って移動される方向である接合方向に延びるワイヤ供給溝が形成されており、前記回転ショルダを前記接合方向に移動させるとともに、前記ワークと撹拌可能な材料からなるワイヤを前記ワイヤ供給溝を通じて前記ねじ山に供給してもよい。
本発明によれば、ワーク同士の間の隙間の有無に拘らずに接合後の領域の表面側における接合跡の両側に窪みが形成されることを防止することができる。
本発明の一実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の構成図である。 図１に示す摩擦撹拌接合装置の要部の拡大断面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 （ａ）は図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図、（ｂ）は図２のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 （ａ）は従来のボビン型の回転工具を用いて隙間がゼロで突き合わされたワーク同士を接合したときの結果を示す図、（ｂ）は同回転工具を用いて隙間が大きな状態で突き合わされたワーク同士を接合したときの結果を示す図である。 （ａ）は変形例の静止ショルダの上面図、（ｂ）〜（ｄ）はその静止ショルダおよび回転ショルダを接合方向と逆方向から見た図である。 別の実施形態に係る摩擦撹拌接合装置の要部拡大断面図である。 テーブル移動式の摩擦撹拌接合装置を示す斜視図である。 門構（ガントリ）式の摩擦撹拌接合装置を示す斜視図である。 自動台車式の摩擦撹拌接合装置を示す側面図である。
図１に、本発明の一実施形態に係る摩擦撹拌接合装置１を示す。この装置１は、突き合わされたワークＷ同士を摩擦撹拌接合により接合するものであり、鉛直方向に延びる回転シャフト２と、この回転シャフト２の上部を保持する駆動ユニット３を備えている。本実施形態では、装置１は、駆動ユニット３を支持体１６を介して三次元的に移動させる、昇降装置１４、横行装置１２および走行装置１１と、全体的な制御を行う制御装置７を備えている。
ただし、摩擦撹拌接合装置１の構成は図１に示すものに限られない。例えば、摩擦撹拌接合装置１の構成は、図８に示すようなテーブル移動式、図９に示すような門構（ガントリ）式、図１０に示すような自動台車式であってもよい。すなわち、回転シャフト２がワークＷに対して相対的に移動される構成であれば、どのような構成であってもよい。
ワークＷは、図略の固定台上に載置される。ワークＷは、図４（ｂ）に示すように互いの端面が接触した状態で水平方向に並べられてもよいし、端面同士の間に隙間が形成されるように並べられてもよい。走行装置１１は、回転シャフト２を、ワークＷ同士の境界ＷＢに沿って図１中の矢印Ｄで示す方向に移動させる。すなわち、矢印Ｄで示す方向は接合方向である。
本実施形態では、ワークＷは、表面が上方を向き、裏面が下方を向く板状の部材である。そして、駆動ユニット３は、ワークＷの表面側である上方に位置している、ただし、ワークＷの向きおよび駆動ユニット３の位置は、本実施形態と逆であってもよい。また、ワークＷの姿勢は、必ずしも横向きである必要はなく、縦向きや斜め向きであってもよい。すなわち、回転シャフト２の軸方向は、ワークＷに対して垂直である限りどのような方向であってもよい。
さらに、ワークＷは、必ずしも板状の部材である必要はなく、管状の部材であってもよい。ワークＷが管状の部材である場合、ワークＷの表面は外周面であり、裏面は内周面である。その場合、駆動ユニット３は、例えば多関節ロボットにより、ワークＷの周囲に旋回させられてもよい。あるいは、ワークは、ダブルスキン構造の部材の一方の面部であってもよい。
回転シャフト２は、駆動ユニット３内に収容される大径部２ｂと、駆動ユニット３から下方に突出する小径部２ａを有する。そして、大径部２ｂがベアリング３１を介して駆動ユニット３に回転可能に支持されている。駆動ユニット３は、回転シャフト２を回転させるモータ３２を含んでいる。なお、大径部２ｂは、必ずしも全体が駆動ユニット３内に収容される必要はない。例えば、大径部２ｂの下部は、支持体１６の後述する水平部１６ｂまで駆動ユニット３から下方に張り出していてもよい。
支持体１６は、側面視でＬ字状をなしており、駆動ユニット３の側方に位置する鉛直部１６ａと、駆動ユニット３の下方に位置する水平部１６ｂを有している。駆動ユニット３は、回転シャフト２の軸方向、すなわち鉛直方向に摺動可能に支持体１６の鉛直部１６ａと連結されている。
支持体１６の鉛直部１６ａは、昇降装置１４と連結されており、昇降装置１４の駆動機構１５により昇降される。昇降装置１４は、横行装置１２と連結されており、横行装置１２の駆動機構１３により横行される。横行装置１２は、自走式の走行装置１１と連結されている。なお、昇降装置１４と横行装置１２の配置は入れ替え可能である。
昇降装置１４の駆動機構１５および横行装置１２の駆動機構１３は、例えば、モータとねじ軸およびナット部材の組み合わせであってもよいし、油圧または空圧シリンダもしくは電動シリンダであってもよい。また、駆動機構１３，１５は、手動で操作されるものであってもよい。
支持体１６の鉛直部１６ａには、当該支持体１６に対して駆動ユニット３を鉛直方向に移動させる押付機構６が設けられている。押付機構６は、後述する回転ショルダ５をワークＷの裏面に押し付けるためのものである。本実施形態では、押付機構６はモータとねじ軸およびナット部材の組み合わせである。ただし、押付機構６は、例えば、モータとラックおよびピニオンの組み合わせであってもよいし、油圧または空圧シリンダもしくは電動シリンダであってもよい。
さらに、本実施形態では、回転ショルダ５のワークＷの裏面への押付力を検出するための検出器６１として、押付機構６のねじ軸にロードセルが設けられている。なお、押付機構６として油圧または空圧シリンダを採用する場合は、検出器６１としてシリンダ内または配管内の圧力を検出する圧力計を用いることが可能である。あるいは、押付機構６として電動シリンダを用いる場合は、電動シリンダに流れる電流値が回転ショルダ５のワークＷの裏面への押付力と相関するため、その電流値を測定する電流計を検出器６１として用いることが可能である。
次に、回転シャフト２の小径部２ａ回りの構成について、図２〜図４（ｂ）を参照して詳細に説明する。
回転シャフト２の小径部２ａは、支持体１６の水平部１６ｂを貫通して延びており、小径部２ａの先端には、回転ショルダ５が固定されている。また、支持体１６の水平部１６ｂには、回転シャフト２の小径部２ａに貫通されて回転ショルダ５と共にワークＷを挟持する静止ショルダ４が、回転不能に取り付けられている。すなわち、静止ショルダ４は、回転シャフト２の小径部２ａに挿通される中心穴４１を有する。
本実施形態では、小径部２ａは、大径部２ｂと連続する本体部２５と、本体部２５からさらに下方に延びる、本体部２５よりも小径のピン部２６とを含む。本体部２５の長さは、当該本体部２５の下端が静止ショルダ４の中心穴４１内（より正確には、中心穴４１の上側の位置）に位置するように設定されている。ピン部２６の下部は、回転ショルダ５内に入り込んでいる。
ピン部２６における回転ショルダ５よりも上側には、摩擦撹拌用のねじ山２１が形成されている。このねじ山２１は、静止ショルダ４から回転ショルダ５に向かって回転シャフト２の回転方向と逆向きの螺旋状である。このため、ねじ山２１の近傍では、ワークＷにおけるねじ山２１との摩擦により軟化した部分が回転ショルダ５に向かって流動する。
本実施形態では、ねじ山２１は、ピン部２６における回転ショルダ５よりも上側の部分全体に形成されている。換言すれば、ねじ山２１は、回転シャフト２の小径部２ａにおける静止ショルダ４と重なり合う領域にも形成されている。
一方、ピン部２６における回転ショルダ５内に入り込む部分には、その部分の下部に回転ショルダ５を固定するためのねじ山２２が形成されている。そして、回転ショルダ５には、ねじ山２２と螺合する有底のねじ穴が形成されている。なお、回転ショルダ５の固定方法はこれに限られない。例えば、回転ショルダ５のねじ穴が有底でなく、回転ショルダ５が止めねじによりピン部２６に固定されていてもよい。
回転ショルダ５は、回転シャフト２と共に回転してワークＷの裏面との間に摩擦熱を生じさせるものである。回転ショルダ５は、上面および下面が平行な円盤状の部材である。すなわち、回転ショルダ５の上面はワークＷとの接触面である。回転ショルダ５の上面の周縁部には、テーパー面が形成されている。
静止ショルダ４は、図３に示すように、平面視において接合方向Ｄに尖る略ホームベース状の形状に形成されている。なお、静止ショルダ４の形状は、必ずしもはこれに限られるものではなく、例えば、平面視で円形状または多角形状であってもよい。上述した中心穴４１の直径は、小径部２ａの本体部２５の直径よりも僅かに大きい程度である。
静止ショルダ４の上面は水平方向にフラットであるが、回転ショルダ５側の面である下面は、接合方向Ｄ側の部分が接合方向Ｄに向かってせり上がっており、残りの部分が上面と平行となっている。すなわち、静止ショルダ４の下面における接合方向Ｄに向かってせり上がる部分以外がワークＷとの接触面である。この接触面の縁部は、断面円弧状に丸められている。
静止ショルダ４の下面には、中心穴４１から接合方向Ｄに延びるワイヤ供給溝４２が形成されている。このワイヤ供給溝４２は、ワークＷと撹拌可能な材料からなるワイヤ１０をねじ山２１に供給するためのものである。そして、ワイヤ供給溝４２を通じてワイヤ１０がねじ山２１に供給されると、そのワイヤ１０はねじ山２１との間で生じる摩擦熱により流動化し、ワークＷと共に摩擦撹拌される。
ワイヤ１０の材質は、ワークＷと同じであってもよい。あるいは、ワイヤ１０の成分は、ワークＷと僅かに異なっていてもよい。ただし、ワークＷを流動化させる摩擦熱はワークＷの融点よりもおよそ１００℃以上低いので、その摩擦熱でワイヤ１０が溶融しないことが望ましい。
さらに、本実施形態では、ワイヤ１０のねじ山２１への供給量を調整する調整機構８が支持体１６の水平部１６ｂに設けられている。すなわち、調整機構８は、静止ショルダに対して接合方向Ｄに配置されている。具体的に、調整機構８は、ワイヤ１０をワークＷの表面に押し付ける押えローラ８１と、押えローラ８１の押付力を変更可能な保持部８２とを有する。ワイヤ１０の供給量は、当該ワイヤ１０の直径や回転ショルダ５の押付力などに応じて適宜決定される。ワイヤ１０の供給量が多い場合は、ワイヤ１０はワークＷの表面上を接合方向Ｄと逆方向に摺動する。換言すれば、ワイヤ１０がワークＷ上でワイヤ供給溝４２内に引き込まれる。ワイヤ１０の供給量が少ない場合は、ワイヤ１０は回転シャフト２に押されながらワークＷの表面上を接合方向Ｄに摺動する。
静止ショルダ４と支持体１６の水平部１６ｂの間には、静止ショルダ４をワークＷの表面に押し付ける付勢部材９として、複数のコイルスプリングが回転シャフト２の小径部２ａの回りに配置されている。なお、付勢部材９としては、回転シャフト２の小径部２ａよりも大きな内径の、小径部２ａに挿通される１つのコイルスプリングを用いることも可能である。
回転ショルダ５をワークＷの裏面に押し付けるための押付機構６は、検出器６１の検出値に応じて作動するように構成されている。具体的には、検出器６１および押付機構６は制御装置７に接続されており、制御装置７は、検出器６１の検出値が所定範囲内に保たれるように押付機構６（正確にはそのうちのモータ）を制御する。
次に、装置１を用いて摩擦撹拌接合を行う方法を説明する。以下では、事前に、ワークＷが図略の固定台上に突き合わされた状態で固定されており、回転シャフト２のねじ山２１がワークＷの端面に接する位置に装置１がセットされていることを前提とする。
まず、横行装置１２の駆動機構１３を操作して、回転シャフト２の中心をワークＷ同士の境界ＷＢの延長線上に位置させる。ついで、昇降装置１４の駆動機構１５を操作して、静止ショルダ４が適切な押付力でワークＷの表面に押し付けられるような位置に支持体１６を移動する。さらに、押付機構６を操作して、検出器６１の検出値が予め定められた所定範囲内に収まる押付力で回転ショルダ５がワークＷの裏面に押し付けられるような位置に駆動ユニット３を移動する。また、ワイヤ１０を、調整機構８の押えローラ８１とワークＷの間に挿通しながら、その先端がねじ山２１に到達するように、静止ショルダ４のワイヤ供給溝４２内に挿入する。
その状態で、制御装置７は、駆動ユニット３のモータ３２を駆動するとともに、走行装置１１を走行させる。これにより、回転シャフト２がワークＷに対して垂直に保たれたままで回転させられながらワークＷ同士の境界ＷＢに沿って移動させられる。しかも、静止ショルダ４のワイヤ供給溝４２を通じてワイヤ１０がねじ山２１に供給される。なお、走行装置１１の走行中は、上述したように、制御装置７が検出器６１の検出値が前記所定範囲内に保たれるように押付機構６を制御する。
以上説明したように、本実施形態の摩擦撹拌接合装置１では、ワークＷの表面側では静止ショルダ４が回転しないため、ワークＷを軟化させる摩擦熱が生じない。従って、ワークＷ同士の間に隙間がない場合は勿論のこと、隙間がある場合でも、接合後の領域ＷＪの表面側における接合跡の両側に窪みが形成されることを防止することができる。
ところで、従来のボビン型の回転工具を用いてワークＷ同士を接合した場合には、ワークＷ同士の間の隙間が大きいと、図５（ｂ）に示すように、接合後の領域ＷＪに凹状の欠陥ＷＤが形成されることがある。また、ボビン型回転工具の上下のショルダ間隔Ｇは、ワークＷの板厚Ｔに対して、Ｔ−Ｇ＞０．１ｍｍとなるように設定され、Ｔ−Ｇ＜０．１ｍｍの場合には、材料の撹拌が不足して欠陥ＷＤが形成されやすくなる。Ｔ−Ｇの値が大きいと欠陥ＷＤは形成しにくくなるが、大きすぎる場合には、接合後の領域ＷＪの裏面側が全体的に大きく窪んでしまうため好ましくない。そこで、Ｔ−Ｇは０．１〜０．３ｍｍ程度に設定することが好ましく、この場合、ワークＷは、ワークＷ同士の間の隙間が０．５ｍｍ以下となるように突き合わされることが望ましい。このようにすれば、接合後の領域ＷＪに凹状の欠陥ＷＤが形成されることを防止することができる。
また、本実施形態では、押付機構６が検出器６１の検出値に応じて作動するように構成されているので、回転ショルダ５のワークＷの裏面への押付力を一定に保つことができる。
さらに、本実施形態では、静止ショルダ４のワイヤ供給溝４２を通じてねじ山２１にワイヤ１０が供給されるので、接合後の領域ＷＪの裏面側が全体的に窪むことを抑制することができる。しかも、このようなワイヤ１０の供給は、ワークＷ同士の間の隙間が大きくても、上述したような接合後の領域ＷＪに凹状の欠陥ＷＤが形成されることを防止することができる。
さらに、ねじ山２１は静止ショルダ４から回転ショルダ５に向かって回転シャフト２の回転方向と逆向きの螺旋状であるので、ワイヤ１０はねじ山２１との摩擦によって軟化した後に、回転シャフト２の回転によってワークＷ内に送り込まれる。これにより、軟化したワイヤ１０をワークＷの軟化した部分と自動的に撹拌することができる。
（その他の実施形態）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、支持体１６の水平部１６ｂを省略し、静止ショルダ４を駆動ユニット３に取り付けてもよい。この場合には、押付機構６を昇降機構１４と兼用することも可能である。ただし、前記実施形態のように、静止ショルダ４を駆動ユニット３と鉛直方向に摺動可能に連結された支持体１６に取り付ければ、静止ショルダ４のワークＷの表面への押付力と回転ショルダ５のワークＷの裏面への押付力とを独立して調整することが可能になる。
また、前記実施形態では静止ショルダ４が付勢部材９を介して支持体１６の水平部１６ｂに取り付けられていたが、静止ショルダ４を水平部１６ｂに直接的に固定することも可能である。ただし、前記実施形態のように、静止ショルダ４と水平部１６ｂの間に付勢部材９が介在していれば、ワークＷの表面に例えばワークＷの厚さの製造誤差によるうねりがあっても、そのうねりに静止ショルダ４を追従させることができる。水平部１６ｂがない場合には、調整機構８は駆動ユニット３に設けられてもよい。
また、静止ショルダ４の下面には、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、中心穴４１から接合方向Ｄと逆方向に延びる成形部４３が形成されていてもよい。成形部４３は、図６（ｂ）および（ｃ）に示すような溝であってもよいし、図６（ｄ）に示すような突条であってもよい。また、成形部４３の断面形状は、例えば、図６（ｂ）に示すように三角形状であってもよいし、図６（ｃ）および（ｄ）に示すように円弧状であってもよい。このように静止ショルダ４の下面に成形部４３が形成されていれば、ワークＷの接合と同時に接合後の領域ＷＪの表面側に線状の凸部または凹部を形成することができる。
また、図７に示すように、静止ショルダ４の下面にはワイヤ供給溝４２が形成されていなくてもよい。この場合には、ねじ山２１が回転シャフト２の小径部２ａにおける静止ショルダ４と重なり合う領域に形成されていなくてもよい。
ところで、回転ショルダ５のワークＷの裏面への押付力は、回転シャフト２を回転させるモータ３２の負荷トルクとも相関する。従って、押付機構６は、モータ３２の電流値に応じて作動するように構成されていてもよい。この場合でも、回転ショルダ５のワークＷの裏面への押付力を一定に保つことができる。
本発明は、種々のワーク同士を摩擦撹拌接合により接合する際に有用である。
１ 摩擦撹拌接合装置
２ 回転シャフト
２１ ねじ山
３ 駆動ユニット
３２ モータ
４ 静止ショルダ
４１ 中心穴
４２ ワイヤ供給溝
４３ 成形溝
５ 回転ショルダ
６ 押付機構
９ 付勢部材
１０ ワイヤ
Ｗ ワーク

Claims (8)

  1. 突き合わされたワーク同士を摩擦撹拌接合により接合する装置であって、
    摩擦撹拌用のねじ山が形成された回転シャフトと、
    前記回転シャフトの先端に固定された、前記回転シャフトと共に回転して前記ワークの裏面との間に摩擦熱を生じさせる回転ショルダと、
    前記ワークの表面側で前記回転シャフトを回転可能に支持する、前記回転シャフトを回転させるモータを含む駆動ユニットと、
    前記回転ショルダを前記ワークの裏面に押し付けるための押付機構と、
    前記回転シャフトに貫通されて前記回転ショルダと共に前記ワークを挟持する、前記駆動ユニットまたは前記駆動ユニットと連結された部材に回転不能に取り付けられた静止ショルダと、を備え
    前記回転シャフトには、前記ねじ山が、前記静止ショルダと重なり合う領域にも形成されており、
    前記静止ショルダの前記回転ショルダ側の面には、前記回転シャフトに挿通される中心穴から、前記回転シャフトが前記ワーク同士の境界に沿って移動される方向である接合方向に延びる、前記ワークと撹拌可能な材料からなるワイヤを前記ねじ山に供給するためのワイヤ供給溝が形成されている、摩擦撹拌接合装置。
  2. 前記静止ショルダに対して前記接合方向に配置された、前記ワイヤを前記ワークの表面に押し付ける押えローラをさらに備える、請求項１に記載の摩擦撹拌接合装置。
  3. 突き合わされたワーク同士を摩擦撹拌接合により接合する装置であって、
    摩擦撹拌用のねじ山が形成された回転シャフトと、
    前記回転シャフトの先端に固定された、前記回転シャフトと共に回転して前記ワークの裏面との間に摩擦熱を生じさせる回転ショルダと、
    前記ワークの表面側で前記回転シャフトを回転可能に支持する、前記回転シャフトを回転させるモータを含む駆動ユニットと、
    前記回転ショルダを前記ワークの裏面に押し付けるための押付機構と、
    前記回転シャフトに貫通されて前記回転ショルダと共に前記ワークを挟持する、前記駆動ユニットまたは前記駆動ユニットと連結された部材に回転不能に取り付けられた静止ショルダと、を備え
    前記静止ショルダの前記回転ショルダ側の面には、前記回転シャフトに挿通される中心穴から、前記回転シャフトが前記ワーク同士の境界に沿って移動される方向である接合方向と逆方向に延びる成形部が形成されている、摩擦撹拌接合装置。
  4. 突き合わされたワーク同士を摩擦撹拌接合により接合する装置であって、
    摩擦撹拌用のねじ山が形成された回転シャフトと、
    前記回転シャフトの先端に固定された、前記回転シャフトと共に回転して前記ワークの裏面との間に摩擦熱を生じさせる回転ショルダと、
    前記ワークの表面側で前記回転シャフトを回転可能に支持する、前記回転シャフトを回転させるモータを含む駆動ユニットと、
    前記回転ショルダを前記ワークの裏面に押し付けるための押付機構と、
    前記回転シャフトに貫通されて前記回転ショルダと共に前記ワークを挟持する、前記駆動ユニットまたは前記駆動ユニットと連結された部材に回転不能に取り付けられた静止ショルダと、
    前記回転シャフトの軸方向に摺動可能に前記駆動ユニットと連結された支持体と、を備え、
    前記押付機構は、前記支持体に対して前記駆動ユニットを移動させるものであり、
    前記静止ショルダは、前記支持体に取り付けられている、摩擦撹拌接合装置。
  5. 前記静止ショルダを前記ワークの表面に押し付ける付勢部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置。
  6. 前記回転ショルダの前記ワークの裏面への押付力を検出するための検出器をさらに備え、
    前記押付機構は、前記検出器の検出値に応じて作動するように構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置。
  7. 前記押付機構は、前記モータの電流値に応じて作動するように構成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置。
  8. 突き合わされたワーク同士を摩擦撹拌接合により接合する方法であって、
    摩擦撹拌用のねじ山が形成された回転シャフトの先端に固定された回転ショルダを前記ワークの裏面に押し付け、かつ、前記回転シャフトに貫通された回転不能な静止ショルダを前記ワークの表面に押し付けた状態で、前記回転シャフトを前記ワークに対して垂直に保ったままで回転させながら前記ワーク同士の境界に沿って移動させ、
    前記回転シャフトには、前記ねじ山が、前記静止ショルダと重なり合う領域にも形成されており、
    前記静止ショルダの前記ワークとの接触面には、前記回転シャフトに挿通される中心穴から、前記回転シャフトが前記ワーク同士の境界に沿って移動される方向である接合方向に延びるワイヤ供給溝が形成されており、
    前記回転ショルダを前記接合方向に移動させるとともに、前記ワークと撹拌可能な材料からなるワイヤを前記ワイヤ供給溝を通じて前記ねじ山に供給する、摩擦撹拌接合方法。
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