【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、摩擦攪拌接合装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、二枚重ねの板状ワークを接合するために、摩擦攪拌を利用する手法が用いられている。この手法は、二枚重ねの板状ワークに対し、その法線方向からねじピン等のツールを回転させつつ押し込み、その時発生する摩擦熱によりツールの周囲の材料を軟化させかつ攪拌して、両板状ワークをほぼ貫くように材料の溶融部を形成する。そして、所定時間攪拌した後、ツールを板状ワークから引き抜くことにより、両板状ワークをほぼ貫くように形成された材料の溶融部は、凝固して二枚重ねの板状ワークを接合する接合金属となり、両ワークは強固に接合される。
この摩擦攪拌方法は、一般的に線摩擦攪拌接合方法として実用化されている。線摩擦攪拌接合方法は、回転させたツールを板状ワークに押し込み、摩擦攪拌させつつ線状に移動させることにより、材料の溶融部すなわち接合金属となる部分をより多く形成することで、十分な接合強度を得るものである。また、ツールを線状に移動させる際に、ツールを単純に回転させるだけではなく偏芯回転させることによっても、材料の溶融部をより多く形成し、接合強度を向上させた例がある。その一例として、ツールを偏芯回転させるための機構に遊星歯車の公転運動を利用した摩擦攪拌接合装置が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３４０９７５号公報（〔００１６〕、図１〜図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記摩擦攪拌方法を、従来の線摩擦攪拌接合のみならず、点摩擦攪拌接合に応用する場合においてより強度を望む場合には、次のような問題点を生じることとなった。
図８には、点摩擦攪拌接合によって、二枚重ねの板材Ｗ１、Ｗ２に形成された接合金属１と、ツールを板材から引き抜く際に形成される凹部２とを、断面図および平面図で示している。かかる点摩擦攪拌接合の場合には、接合金属１の範囲は、ある一点を中心とする限られた範囲にのみ形成するものとなる。このため、ツールを偏芯回転させることにより、材料の溶融部とそれが凝固してなる接合金属１をより広範囲に形成することが、板材の接合強度をより向上させるために望ましい。
しかしながら、ツールを偏芯回転させると、図示の如く凹部２’が接合金属１’の中心に対して偏芯した位置に形成され、場合によっては凹部２’の一部が接合金属１’の形成範囲の外へとはみ出し、非接合部を残してしまうことにもなる。かかる場合には、接合部分の強度を安定化させることが困難であり、本方法によって接合された部品の信頼性は低いものとなってしまう。また、ツールが偏芯回転することで、ツールをワークに押付ける時点における押し付け位置の精度、すなわち、接合金属を形成する位置の精度を十分に確保することも困難となるといった欠点もあった。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、線摩擦攪拌接合方法のみならず、点摩擦攪拌接合方法により二枚重ねの板状ワークを接合する場合であっても、その接合強度および接合位置の精度を高め、摩擦攪拌接合方法により接合された部品の信頼性を向上させることにある。また、それを実現するためのツールの作動制御機構を、極めて簡単に構成して提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための、本発明の請求項１に係る摩擦攪拌接合装置は、二枚重ねの板状ワークの表面に、当該板状ワークに比して硬質のツールを回転させつつ押込み、それによって生じる摩擦熱を利用して二枚重ねの板状ワークを溶着させる摩擦攪拌接合装置であって、ツールの回転ブレ量を任意に制御する制御手段を備えることを特徴とするものである。
本発明によれば、前記制御手段によって、ツールを板状ワークに押付ける時点でのツールの回転ブレを無くし、板状ワークに対する押し付け位置の精度が十分に確保される。また、材料を摩擦攪拌させる時点では、前記制御手段によってツールの回転ブレ量を増大させるように制御することで、ツールによって形成される材料の溶融部の範囲が拡大する。さらに、ツールを板状ワークから引き抜く際には、前記制御手段によってツールの回転ブレを無くすことで、ツールを引き抜くことにより形成される凹部が、溶融部の中心に形成される。このため、前記溶融部が凝固して形成される接合金属の中心部に前記凹部が位置することとなり、二枚重ねの板状ワークの、接合強度の安定化がより図れる。
【０００７】
また、本発明の請求項２に係る摩擦攪拌接合装置は、請求項１記載の摩擦攪拌接合装置において、前記制御手段は、ツールの回転軸の中間部に低剛性部を設けると共に、当該低剛性部から先端寄りの部分の回転ブレを矯正する矯正手段を備えてなるものである。
本発明によれば、ツールの回転軸の中間部に低剛性部を設けたことから、ツールを板状ワークに押付けることによる反力を受けて、前記低剛性部から先端寄りの部分が偏芯し、それによってツールの回転ブレが自動的に発生する。また、ツールの回転ブレを抑える必要があるときには、前記矯正手段によって、前記低剛性部から先端寄りの部分の回転ブレを矯正することで、ツールの回転ブレが収まる。
【０００８】
また、本発明の請求項３に係る摩擦攪拌接合装置は、請求項２項記載の摩擦攪拌接合装置において、前記低剛性部は、前記ツールの回転軸の断面積を部分的に減少させて構成されるものである。
本発明によれば、前記ツールの回転軸の断面積を部分的に減少させて、かかる部分の剛性を意図的に低下させている。よって、ツールを板状ワークに押付けることによる反力を受けて、かかる部分の撓みが誘発され、前記断面積を減少させた部分から先端寄りの部分が偏芯し、ツールの回転ブレが自動的に発生する。
【０００９】
また、本発明の請求項４に係る摩擦攪拌接合装置は、請求項２記載の摩擦攪拌接合装置において、前記低剛性部は、前記ツールの回転軸を分割し、分割された両者をジョイントで連結して構成されるものである。
本発明によれば、ツールを板状ワークに押付けることによる反力を受けて、分割されたツールの回転軸は前記ジョイント部分で折れ曲がる。よって、前記ジョイントから先端寄りの部分が偏芯し、ツールの回転ブレが自動的に発生する。
【００１０】
また、本発明の請求項５に係る摩擦攪拌接合装置は、請求項２記載の摩擦攪拌接合装置において、前記低剛性部は、前記ツールの回転軸の材料を部分的に低剛性材に置換して構成されるものである。
本発明によれば、前記ツールの回転軸の材料を部分的に低剛性材に置換することで、かかる部分の剛性を意図的に低下させている。よって、ツールを板状ワークに押付けることによる反力により、かかる部分の撓みが誘発され、前記低剛性材の部分から先端寄りの部分が偏芯し、ツールの回転ブレが自動的に発生する。
【００１１】
また、本発明の請求項６に係る摩擦攪拌接合装置は、請求項２から５のいずれか１項記載の摩擦攪拌接合装置において、前記矯正手段は、前記ツールの回転軸の低剛性部から先端寄りの部分に設けたテーパ部と、前記ツールの回転軸と同芯上に配置されかつ前記ツールの回転軸と共に回転可能に支持され、前記テーパ部に対し軸方向に相対移動可能なテーパ受け部とを備えるものである。
本発明によれば、前記テーパ部と前記テーパ受け部とが同芯上に配置されていることから、両者を当接させることで、前記ツールの回転軸の低剛性部から先端寄りの部分のセンタ合わせが行われ、ツールの回転ブレが収まる。一方、前記テーパ部と前記テーパ受け部とを離間させることで、前記ツールの回転軸の低剛性部から先端寄りの部分は、前記テーパ受け部の拘束を離れ、ツールの回転ブレを発生させ得る状態となる。しかも、前記テーパー受け部は前記ツールの回転軸と共に回転可能に支持されていることから、前記ツールの回転軸を回転させた状態で、上記のごときツールの回転ブレ量の制御を行うことができる。
【００１２】
また、本発明の請求項７に係る摩擦攪拌接合装置は、請求項６記載の摩擦攪拌接合装置において、前記テーパ受け部は、非回転の支持部にベアリングを介して支持されているものである。
この構成によれば、非回転の支持部に固定されたベアリングを介して、前記テーパー受け部を回転可能に支持する。したがって、前記ツールの回転軸を回転させた状態で、前記テーパ部と前記テーパ受け部とを当接させ若しくは離間させることにより、前述のごときツールの回転ブレ量の制御を行うことができる。
【００１３】
また、本発明の請求項８に係る摩擦攪拌接合装置は、請求項６または７記載の摩擦攪拌接合装置において、前記テーパ部と前記テーパ受け部とは、前記ツールの回転軸が前記テーパ受け部に対し相対的に引込まれる際に密着する構成を有するものである。
本発明によれば、前記ツールの回転軸が前記テーパ受け部に対し相対的に引込まれる際に、前記テーパ部と前記テーパ受け部とが密着することで、前記ツールの回転軸の、低剛性部から先端寄りの部分のセンタ合わせが行われ、ツールの回転ブレが収まる。一方、前記ツールの回転軸が前記テーパ受け部に対し相対的に押出されることで、前記テーパ部と前記テーパ受け部とが離間し、前記ツールの回転軸の低剛性部から先端寄りの部分は、前記テーパ受け部の拘束を離れ、ツールの回転ブレを発生させ得る状態となる。
【００１４】
また、本発明の請求項９に係る摩擦攪拌接合装置は、請求項６または７記載の摩擦攪拌接合装置において、前記テーパ部と前記テーパ受け部とは、前記ツールの回転軸が前記テーパ受け部に対し相対的に押出される際に密着する構成を有するものである。
本発明によれば、前記ツールの回転軸が前記テーパ受け部に対し相対的に押出される際に、前記テーパ部と前記テーパ受け部とが密着することで、前記ツールの回転軸の、低剛性部から先端寄りの部分のセンタ合わせが行われ、ツールの回転ブレが収まる。一方、前記ツールの回転軸が前記テーパ受け部に対し相対的に引き込まれることで、前記テーパ部と前記テーパ受け部とが離間し、前記ツールの回転軸の低剛性部から先端寄りの部分は、前記テーパ受け部の拘束を離れ、ツールの回転ブレを発生させ得る状態となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１には、本発明の第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の要部を断面で示したものである。この摩擦攪拌接合装置は、ツール３の回転軸４の中間部に、回転軸の断面積を部分的に減少させたくびれ部５が形成されている。また、くびれ部５から先端寄りの部分には、円錐台状のテーパ部６が形成されている。さらに、回転軸４と同芯状をなし非回転のスリーブ７を備えている。また、回転軸４とスリーブ７とは、軸方向に相対移動可能となっている。ここで、スリーブ７と回転軸４の何れを軸方向に固定し、何れを軸方向に移動させることとしてもよいが、図示の例では、スリーブ７が軸方向に移動するようになっている。なお、スリーブ７は図７に例示するように、スリーブ受け１９によって図の上下方向に摺動可能に保持され、かつ、アクチュエータ２０によって上下に駆動される。
【００１７】
また、スリーブ７にはベアリング８が固定されている。そして、ベアリング８のインナレース９の下面は、回転軸４がスリーブ７に対し相対的に引込まれる際に、テーパ部６が密着する円錐状に形成されている。よって、ベアリング８のインナレース９はテーパ受け部として機能する。また、かかるテーパ受け部（インナレース）９は、回転軸４と共に回転可能に支持された状態となっている。
【００１８】
上記構成をなす本発明の第１の実施の形態により得られる作用効果は、以下の通りである。まず、回転軸４のくびれ部５は、ツール３の回転軸４の断面積を部分的に減少させて、かかる部分の剛性を意図的に低下させたものであることから、ツール３を板状ワークに押付けることによる反力を受けて、くびれ部５には撓みが誘発される。よって、ツール３を板状ワークに押付けることのみにより、回転軸４の、くびれ部５から先端寄りの部分が偏芯し、回転軸４のくびれ部５よりも基端寄りの部分を矢印Ｒで示すようにブレなく回転駆動させ、かつ、回転軸４のくびれ部５から先端寄りの部分に、矢印Ｒ’で示すように、回転ブレを自動的に発生させることができる。
【００１９】
また、ツール３の回転軸４が、ベアリング８を介してテーパ受け部９を支持するスリーブ７に対し相対的に引込まれる際に、テーパ部６とテーパ受け部９とが密着することで、回転軸４のくびれ部５から先端寄りの部分のセンタ合わせが行われ、ツール３の回転ブレが収まる。一方、回転軸４がテーパ受け部９を支持するスリーブ７に対し相対的に押出されることで、テーパ部６とテーパ受け部９とが離間し、回転軸４のくびれ部５から先端寄りの部分は、テーパ受け部９の拘束を離れ、ツール３の回転ブレを発生させ得る状態となる。すなわち、テーパ部６とテーパ受け部９とは、回転軸４のくびれ部５から先端寄りの部分の回転ブレを矯正する矯正手段を構成するものである。そして、本実施の形態では、当該矯正手段６、９と、低剛性部としてのくびれ部５とによって、ツール３の回転ブレ量を任意に制御する制御手段を構成している。
【００２０】
さて、摩擦攪拌接合を行う際には、当該制御手段としてのくびれ部５、テーパ部６、テーパ受け部９によって、ツール３を板状ワークに押付ける時点でのツール３の回転ブレを無くすことで、板状ワークＷ１、Ｗ２（図８参照）に対するツール３の押し付け位置の精度、すなわち、接合金属を形成する位置の精度が十分に確保される。また、材料を摩擦攪拌させる時点では、当該制御手段５、６、９によって、ツール３の回転ブレ量を増大させることができるので、ツール３によって形成される材料の溶融部の範囲が拡大する。さらに、ツール３を板状ワークＷ１、Ｗ２から引き抜く際には、当該制御手段５、６、９によってツール３の回転ブレを無くすことで、ツール３を引き抜くことにより形成される凹部２（図８参照）が、広範囲に形成された溶融部の中心に形成される。このため、前記溶融部が凝固して形成される接合金属１（図８参照）の中心に凹部２が位置することとなり、非接合部の発生を無くして、二枚重ねの板状ワークの接合強度の安定化が図られる。
【００２１】
このように、本発明の第１の実施の形態によれば、ツール３の回転ブレ量を任意に制御することで、二枚重ねの板状ワークを、点摩擦攪拌接合方法により接合させる場合の、接合強度および接合位置の精度を高めることが可能となる。
【００２２】
図２には、本発明の第２の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の要部を断面で示している。なお、本発明の第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置と同一の部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
さて、両者の相違点は、ツール３の回転軸４の中間部に設けた低剛性部として、くびれ部５に替えてユニバーサルジョイント１０を採用した点にある。この構成によると、ツール３を板状ワークに押付けることによる反力を受けて、分割されたツールの回転軸４はユニバーサルジョイント１０の部分で折れ曲がる。よって、ツール３を板状ワークに押付けることのみにより、ユニバーサルジョイント１０から先端寄りの部分が偏芯し、ツール３の回転ブレが自動的に発生することとなる。その他、第１の実施の形態と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。
【００２３】
図３には、本発明の第３の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の要部を断面で示している。なお、本発明の第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置と同一の部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。
両者の相違点は、ツール３の回転軸４の中間部に設けた低剛性部として、くびれ部５に替えてゴム等の低剛性材１１を採用した点にある。すなわち、ツール３の回転軸４の材料を部分的に低剛性材１１に置換することで、かかる部分の剛性を意図的に低下させたものである。よって、ツール３を板状ワークに押付けることによる反力により、かかる部分の撓みが誘発され、低剛性材１１の部分から先端寄りの部分が偏芯し、ツール３の回転ブレが自動的に発生することとなる。その他、本発明の第１の実施の形態により得られる効果に加え、ツール３の交換を行う際に、低剛性材１１よりも先端部よりの部分のみを交換すれば良くなるため、メンテナンス工数およびコストの低減を図ることができるといった効果を得ることができる。また、低剛性部の剛性を、低剛性材１１を交換することにより容易に変更できるといった利点もある。
【００２４】
図４には、本発明の第４の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の要部を断面で示している。なお、本発明の第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置と同一の部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。第１の実施の形態に対する第４の実施の形態の相違点は、テーパ部６をベアリング８の上方に形成すると共に、ベアリング８のインナレース９の上面を、回転軸４がスリーブ７に対し相対的に押出される際に、テーパ部６が密着する位置に形成したところにある。
【００２５】
すなわち、第４の実施の形態によれば、ツール３の回転軸４がテーパ受け部９に対し相対的に押出される際に、テーパ部６とテーパ受け部９とが密着することで、回転軸４のくびれ部５から先端寄りの部分のセンタ合わせが行われ、ツール３の回転ブレが収まる。一方、回転軸４がテーパ受け部９に対し相対的に引き込まれることで、テーパ部６とテーパ受け部９とが離間し、回転軸４のくびれ部５から先端寄りの部分は、テーパ受け部９の拘束を離れ、ツール３の回転ブレを発生させ得る状態とすることができる。よって、第１の実施の形態と同様に、ツール３の回転ブレ量を任意に制御することが可能となる。その他、第１の実施の形態と同様の作用効果については、詳しい説明を省略する。
【００２６】
図５には、本発明の第５の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の要部を断面で示している。なお、本発明の第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置と同一の部分については、同一符号を付して詳しい説明を省略する。第１の実施の形態に対する第５の実施の形態の相違点は、スリーブ１２を回転軸４と共に回転させ、スリーブ１２自体にテーパ受け部１３を形成したところにある。スリーブ１２には、回転軸４の駆動源から回転駆動力が付与される。また、回転軸４およびスリーブ１２は、回転駆動された状態で、いずれか一方が他方に対し軸方向へと移動する機構を有している。
この構成によれば、第１の実施の形態におけるベアリング８を省略しつつ第１の実施の形態と同様の機能を発揮し同様の作用効果を得ることが可能となる。
【００２７】
図６、図７には、本発明の第６の実施の形態にかかる摩擦攪拌接合装置１４の適用例を示している。この摩擦攪拌接合装置１４は、図１〜図４に例示した摩擦攪拌接合装置を、スポット溶接用汎用ロボット１５によって支持したものである。摩擦攪拌接合装置１４は、スポット溶接用汎用ロボット１５のアーム１６に固定されている。また、アーム１６のツール３と対向する位置に、板状ワークをツール３と共に把持するためのクランプ１７を設けている。なお、図７に符号１８で示す部分は、摩擦攪拌接合装置１４の回転軸４を駆動するモータ等の動力源である。また、前述の如く、スリーブ７はスリーブ受け１９によって図の上下方向に摺動可能に保持され、かつ、アクチュエータ２０によって上下に駆動される。
図６、図７の適用例は、本発明の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置１４の構造がいずれも非常に簡単であることから、現存するスポット溶接用汎用ロボット１５に容易に取付けることが可能であり、従来、スポット溶接が適用される溶接対象物を、摩擦攪拌溶接により接合させることを可能とするものである。
【００２８】
その他、本発明の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置を、点摩擦攪拌接合方法に用いるだけでなく、線摩擦攪拌接合方法に用いることによっても、二枚重ねの板状ワークを接合させる場合の接合強度および接合位置の精度を高めることが可能となる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明はこのように構成したので、線摩擦攪拌接合方法のみならず、点摩擦攪拌接合方法により二枚重ねの板状ワークを接合する場合であっても、その接合強度および接合位置の精度を高め、摩擦攪拌接合方法により接合された部品の信頼性を高上させることが可能となる。また、それを実現するためのツールの作動制御機構を、極めて簡単に構成して提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の要部を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の要部を示す断面図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の要部を示す断面図である。
【図４】本発明の第４の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の要部を示す断面図である。
【図５】本発明の第５の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置の要部を示す断面図である。
【図６】本発明の第１〜第４の実施の形態に係る摩擦攪拌接合装置を、スポット溶接用汎用ロボットによって支持した例を示す斜視図である。
【図７】図６に示す摩擦攪拌接合装置の要部側面図である。
【図８】従来の摩擦攪拌接合装置を用いることにより、二枚重ねの板材に形成された接合金属と、ツールを板材から引き抜く際に形成される凹部とを、断面図および平面図で示したものである。
【符号の説明】
３ ツール
４ 回転軸
５ くびれ部
６ テーパ部
７、１２ スリーブ
８ ベアリング
９、１３ テーパー受け部
１０ ユニバーサルジョイント
１１ 低剛性材
１４ 摩擦攪拌接合装置
１５ スポット溶接用汎用ロボット[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement in a friction stir welding apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique using friction stirring has been used to join two plate-like works. In this method, a tool such as a screw pin is pressed into a two-layered plate-like work while rotating it from its normal direction, and the material around the tool is softened and agitated by the frictional heat generated at that time, and both plate-like A molten portion of the material is formed so as to substantially penetrate the work. Then, after stirring for a predetermined time, the tool is pulled out of the plate-like work, and the molten portion of the material formed so as to substantially penetrate both plate-like works becomes a joining metal which solidifies and joins the two plate-like works. , The two workpieces are firmly joined.
This friction stir method is generally put to practical use as a linear friction stir welding method. The linear friction stir welding method pushes a rotated tool into a plate-shaped work, and moves the tool linearly while friction stir forming, thereby forming a more molten portion of the material, that is, a portion to be a joining metal, so that it is sufficient. This is to obtain bonding strength. Further, there is an example in which, when the tool is moved linearly, not only the tool is simply rotated, but also the eccentric rotation is performed, thereby forming a larger number of molten portions of the material and improving the bonding strength. As one example, a friction stir welding apparatus using a revolving motion of a planetary gear as a mechanism for eccentric rotation of a tool has been developed (for example, see Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP-A-2001-340975 ([0016], FIGS. 1 to 4)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the above-mentioned friction stir method is applied not only to the conventional linear friction stir welding but also to the point friction stir welding, if the strength is desired, the following problems occur.
FIG. 8 is a cross-sectional view and a plan view showing the joining metal 1 formed on the two-ply sheet materials W 1 and W 2 by the point friction stir welding and the concave portion 2 formed when the tool is pulled out from the sheet material. ing. In the case of such point friction stir welding, the range of the bonding metal 1 is formed only in a limited range centered on a certain point. For this reason, it is desirable to form the molten portion of the material and the joining metal 1 formed by solidification thereof in a wider range by rotating the tool eccentrically in order to further improve the joining strength of the plate material.
However, when the tool is eccentrically rotated, the concave portion 2 'is formed at a position eccentric with respect to the center of the joining metal 1' as shown in the figure, and in some cases, a part of the concave portion 2 'is formed with the joining metal 1'. It may extend outside the range and leave a non-joined portion. In such a case, it is difficult to stabilize the strength of the joining portion, and the reliability of the components joined by this method is low. In addition, the eccentric rotation of the tool also has a disadvantage that it is difficult to sufficiently secure the accuracy of the pressing position at the time of pressing the tool against the workpiece, that is, the accuracy of the position where the joining metal is formed.
[0005]
The present invention has been made in view of the above problems, and the object thereof is not only a linear friction stir welding method, but also a case of joining two superposed plate-like works by a point friction stir welding method. Another object of the present invention is to improve the joining strength and the accuracy of the joining position and improve the reliability of components joined by the friction stir welding method. Another object of the present invention is to provide an operation control mechanism of a tool for realizing the above operation in a very simple configuration.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a friction stir welding apparatus according to claim 1 of the present invention pushes a hard tool as compared to the plate-like work into the surface of a two-ply plate-like work while rotating the tool. A friction stir welding apparatus for welding two superposed plate-like workpieces using generated frictional heat, characterized by comprising control means for arbitrarily controlling the amount of rotation blur of the tool.
According to the present invention, the control means eliminates rotational vibration of the tool at the time of pressing the tool against the plate-shaped work, and sufficiently secures the accuracy of the pressing position on the plate-shaped work. In addition, at the point of time when the material is frictionally stirred, the range of the molten portion of the material formed by the tool is expanded by controlling the control means to increase the amount of rotational blur of the tool. Further, when the tool is pulled out from the plate-like workpiece, the control means eliminates the rotational shake of the tool, so that a recess formed by pulling out the tool is formed at the center of the fusion zone. For this reason, the concave portion is located at the center of the joining metal formed by solidification of the molten portion, and the bonding strength of the two-ply plate-like work can be further stabilized.
[0007]
Further, in the friction stir welding apparatus according to claim 2 of the present invention, in the friction stir welding apparatus according to claim 1, the control means includes a low rigid portion provided at an intermediate portion of a rotating shaft of the tool, and And a correcting means for correcting a rotational blur of a portion closer to the front end from the portion.
According to the present invention, since the low-rigidity portion is provided at the intermediate portion of the rotating shaft of the tool, a portion closer to the tip from the low-rigidity portion is biased by a reaction force generated by pressing the tool against the plate-like work. Alignment, which causes automatic rotation of the tool. Further, when it is necessary to suppress the rotational blur of the tool, the rotational blur of the tool is reduced by correcting the rotational blur of the portion closer to the front end from the low rigidity portion by the correcting means.
[0008]
The friction stir welding apparatus according to a third aspect of the present invention is the friction stir welding apparatus according to the second aspect, wherein the low-rigidity portion is configured by partially reducing a cross-sectional area of a rotating shaft of the tool. Is what is done.
According to the present invention, the cross-sectional area of the rotating shaft of the tool is partially reduced, and the rigidity of such a portion is intentionally reduced. Accordingly, the tool is pressed against the plate-like workpiece to receive a reaction force, which induces the bending of the portion, the portion closer to the tip from the portion having the reduced cross-sectional area is eccentric, and the rotational vibration of the tool is automatically reduced. Occurs.
[0009]
Further, in the friction stir welding apparatus according to claim 4 of the present invention, in the friction stir welding apparatus according to claim 2, the low rigidity part divides a rotation axis of the tool and connects the divided two parts with a joint. It is configured as follows.
According to the present invention, the rotation axis of the divided tool is bent at the joint portion by receiving the reaction force generated by pressing the tool against the plate-shaped work. Therefore, a portion near the tip from the joint is eccentric, and rotation blur of the tool is automatically generated.
[0010]
Also, in the friction stir welding apparatus according to claim 5 of the present invention, in the friction stir welding apparatus according to claim 2, the low-rigidity portion partially replaces a material of a rotating shaft of the tool with a low-rigidity material. It is composed of
According to the present invention, the rigidity of such a portion is intentionally reduced by partially replacing the material of the rotating shaft of the tool with a low-rigidity material. Therefore, the reaction force caused by pressing the tool against the plate-like work induces the bending of the portion, the portion closer to the tip from the portion of the low-rigid material is eccentric, and the rotation blur of the tool is automatically generated. .
[0011]
A friction stir welding apparatus according to claim 6 of the present invention is the friction stir welding apparatus according to any one of claims 2 to 5, wherein the straightening means includes a tip from a low rigid portion of a rotating shaft of the tool. A taper portion provided at a near portion, and a taper receiving portion disposed coaxially with the rotation axis of the tool, rotatably supported with the rotation axis of the tool, and relatively movable in the axial direction with respect to the taper portion. Is provided.
According to the present invention, since the tapered portion and the tapered receiving portion are arranged concentrically, by bringing them into contact with each other, a portion of the rotary shaft of the tool closer to the distal end from the low-rigidity portion of the rotating shaft of the tool. The center is adjusted, and the rotation of the tool is settled. On the other hand, by separating the tapered portion and the tapered receiving portion, a portion of the rotating shaft of the tool closer to the distal end from the low rigidity portion can release the restriction of the tapered receiving portion and cause rotation blur of the tool. State. In addition, since the taper receiving portion is rotatably supported together with the rotation axis of the tool, it is possible to control the amount of rotation blur of the tool as described above while rotating the rotation axis of the tool. .
[0012]
In a friction stir welding apparatus according to a seventh aspect of the present invention, in the friction stir welding apparatus according to the sixth aspect, the tapered receiving section is supported by a non-rotating support section via a bearing. .
According to this configuration, the tapered receiving portion is rotatably supported via the bearing fixed to the non-rotating support portion. Therefore, by rotating or abutting the tapered portion and the tapered receiving portion while rotating the rotating shaft of the tool, the amount of rotation blur of the tool as described above can be controlled.
[0013]
The friction stir welding apparatus according to claim 8 of the present invention is the friction stir welding apparatus according to claim 6 or 7, wherein the tapered portion and the tapered receiving portion are configured such that a rotation axis of the tool is the tapered receiving portion. And has a configuration in which it comes into close contact when it is relatively drawn in.
According to the present invention, when the rotation axis of the tool is relatively retracted with respect to the taper receiving portion, the taper portion and the taper receiving portion are in close contact with each other, thereby lowering the rotation axis of the tool. The center of the portion closer to the tip from the rigid portion is adjusted, and the rotational vibration of the tool is settled. On the other hand, the tapered portion and the tapered receiving portion are separated from each other by the rotary shaft of the tool being relatively extruded with respect to the tapered receiving portion, and a portion of the rotating shaft of the tool closer to the tip from the low rigidity portion. Is released from the constraint of the taper receiving portion, and becomes a state in which the rotation of the tool can be generated.
[0014]
The friction stir welding apparatus according to claim 9 of the present invention is the friction stir welding apparatus according to claim 6 or 7, wherein the tapered portion and the tapered receiving portion are configured such that a rotation axis of the tool is the tapered receiving portion. It has a configuration in which it is in close contact when it is relatively extruded.
According to the present invention, when the rotating shaft of the tool is relatively extruded with respect to the tapered receiving portion, the tapered portion and the tapered receiving portion come into close contact with each other, thereby lowering the rotating shaft of the tool. The center of the portion closer to the tip from the rigid portion is adjusted, and the rotational vibration of the tool is settled. On the other hand, when the rotating shaft of the tool is drawn relatively to the tapered receiving portion, the tapered portion and the tapered receiving portion are separated from each other. Then, the taper receiving portion is released from the restraint and the tool can be rotated.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0016]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part of a friction stir welding apparatus according to a first embodiment of the present invention. In this friction stir welding apparatus, a constricted portion 5 in which the cross-sectional area of the rotating shaft is partially reduced is formed in an intermediate portion of the rotating shaft 4 of the tool 3. Further, a truncated cone-shaped tapered portion 6 is formed in a portion near the tip from the constricted portion 5. Further, a non-rotatable sleeve 7 which is concentric with the rotating shaft 4 is provided. The rotating shaft 4 and the sleeve 7 are relatively movable in the axial direction. Here, any of the sleeve 7 and the rotating shaft 4 may be fixed in the axial direction and any of them may be moved in the axial direction. In the illustrated example, the sleeve 7 moves in the axial direction. The sleeve 7 is slidably held in a vertical direction in the figure by a sleeve receiver 19 and is driven up and down by an actuator 20, as exemplified in FIG.
[0017]
A bearing 8 is fixed to the sleeve 7. The lower surface of the inner race 9 of the bearing 8 is formed in a conical shape to which the tapered portion 6 comes into close contact when the rotating shaft 4 is drawn in relative to the sleeve 7. Therefore, the inner race 9 of the bearing 8 functions as a taper receiving portion. The tapered receiving portion (inner race) 9 is rotatably supported together with the rotating shaft 4.
[0018]
The operation and effect obtained by the first embodiment of the present invention having the above configuration are as follows. First, the constricted portion 5 of the rotary shaft 4 is formed by partially reducing the cross-sectional area of the rotary shaft 4 of the tool 3 and intentionally reducing the rigidity of the portion. Due to the reaction force generated by pressing against the workpiece, the constricted portion 5 is induced to bend. Therefore, only by pressing the tool 3 against the plate-like workpiece, the portion of the rotary shaft 4 near the distal end from the constricted portion 5 is eccentric, and the portion of the rotary shaft 4 closer to the base end than the constricted portion 5 is indicated by an arrow R. As shown by the arrow, the rotary drive can be performed without blur, and the rotary blur can be automatically generated in the portion of the rotary shaft 4 near the tip from the constricted portion 5 as shown by the arrow R '.
[0019]
In addition, when the rotating shaft 4 of the tool 3 is drawn relatively to the sleeve 7 supporting the tapered receiving portion 9 via the bearing 8, the tapered portion 6 and the tapered receiving portion 9 come into close contact with each other, The center of the portion of the rotary shaft 4 near the tip from the constricted portion 5 is adjusted, and the rotational fluctuation of the tool 3 is settled. On the other hand, since the rotating shaft 4 is pushed out relative to the sleeve 7 supporting the tapered receiving portion 9, the tapered portion 6 and the tapered receiving portion 9 are separated from each other, and the tip of the rotating shaft 4 is closer to the tip from the constricted portion 5. The portion is released from the constraint of the taper receiving portion 9 and is in a state where rotation blur of the tool 3 can be generated. That is, the tapered portion 6 and the tapered receiving portion 9 constitute a correcting means for correcting a rotational blur of a portion of the rotating shaft 4 near the tip from the constricted portion 5. In the present embodiment, the correcting means 6, 9 and the constricted portion 5 as a low-rigidity portion constitute a control means for arbitrarily controlling the amount of rotation blur of the tool 3.
[0020]
By the way, when performing friction stir welding, the constricted portion 5, the tapered portion 6, and the tapered receiving portion 9 as the control means eliminate the rotation blur of the tool 3 when the tool 3 is pressed against the plate-shaped work. Thus, the accuracy of the pressing position of the tool 3 against the plate-like works W 1 and W 2 (see FIG. 8), that is, the accuracy of the position where the joining metal is formed is sufficiently ensured. Further, at the point of time when the material is frictionally stirred, the amount of rotation blur of the tool 3 can be increased by the control means 5, 6, 9 so that the range of the molten portion of the material formed by the tool 3 is expanded. Further, when the tool 3 is pulled out from the plate-like workpieces W 1 and W 2 , the control means 5, 6 and 9 eliminate the rotation blur of the tool 3, and thus the recess 2 (which is formed by pulling out the tool 3). FIG. 8) is formed at the center of the widely formed fusion zone. Therefore, the concave portion 2 is located at the center of the joining metal 1 (see FIG. 8) formed by solidification of the molten portion, thereby eliminating the occurrence of the non-joining portion and reducing the joining strength of the two-ply plate-like work. Stabilization is achieved.
[0021]
As described above, according to the first embodiment of the present invention, by controlling the amount of rotation blur of the tool 3 arbitrarily, the joining in the case where the two plate-like workpieces are joined by the point friction stir welding method is performed. It is possible to increase the strength and the accuracy of the joining position.
[0022]
FIG. 2 shows a cross section of a main part of a friction stir welding apparatus according to a second embodiment of the present invention. Note that the same parts as those of the friction stir welding apparatus according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
The difference between the two is that a universal joint 10 is used in place of the constricted portion 5 as a low-rigidity portion provided at an intermediate portion of the rotary shaft 4 of the tool 3. According to this configuration, the rotary shaft 4 of the divided tool is bent at the portion of the universal joint 10 due to the reaction force generated by pressing the tool 3 against the plate-shaped work. Therefore, only by pressing the tool 3 against the plate-shaped workpiece, the portion near the tip from the universal joint 10 is eccentric, and the rotation blur of the tool 3 is automatically generated. Other detailed description of the same operation and effect as the first embodiment is omitted.
[0023]
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a main part of a friction stir welding apparatus according to a third embodiment of the present invention. Note that the same parts as those of the friction stir welding apparatus according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted.
The difference between the two is that a low-rigid material 11 such as rubber is used in place of the constricted portion 5 as a low-rigid portion provided at an intermediate portion of the rotary shaft 4 of the tool 3. That is, by partially replacing the material of the rotating shaft 4 of the tool 3 with the low-rigidity material 11, the rigidity of such a portion is intentionally reduced. Therefore, the reaction force caused by pressing the tool 3 against the plate-like work induces the bending of the portion, the portion closer to the tip from the portion of the low-rigidity material 11 is eccentric, and the rotational vibration of the tool 3 automatically occurs. Will occur. In addition, in addition to the effects obtained by the first embodiment of the present invention, when the tool 3 is replaced, only the portion of the lower end of the low-rigidity material 11 that is farther than the low-rigidity material 11 needs to be replaced. The effect that the cost can be reduced can be obtained. There is also an advantage that the rigidity of the low rigidity portion can be easily changed by replacing the low rigidity material 11.
[0024]
FIG. 4 shows a cross section of a main part of a friction stir welding apparatus according to a fourth embodiment of the present invention. Note that the same parts as those of the friction stir welding apparatus according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The difference of the fourth embodiment from the first embodiment is that the tapered portion 6 is formed above the bearing 8, and the upper surface of the inner race 9 of the bearing 8 is The tapered portion 6 is formed at a position where the tapered portion 6 comes into close contact with the target when the material is extruded.
[0025]
That is, according to the fourth embodiment, when the rotating shaft 4 of the tool 3 is relatively extruded with respect to the tapered receiving portion 9, the tapered portion 6 and the tapered receiving portion 9 come into close contact with each other, so that the rotation is performed. The center of the shaft 4 from the constricted portion 5 to the tip is adjusted, and the rotational fluctuation of the tool 3 is settled. On the other hand, when the rotating shaft 4 is drawn relatively to the tapered receiving portion 9, the tapered portion 6 and the tapered receiving portion 9 are separated from each other. 9 can be released, and the tool 3 can be brought into a state where rotation blur can be generated. Therefore, similarly to the first embodiment, the rotational blur amount of the tool 3 can be arbitrarily controlled. Other detailed description of the same operation and effect as the first embodiment is omitted.
[0026]
FIG. 5 shows a cross section of a main part of a friction stir welding apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. Note that the same parts as those of the friction stir welding apparatus according to the first embodiment of the present invention are denoted by the same reference numerals, and detailed description is omitted. The difference of the fifth embodiment from the first embodiment lies in that the sleeve 12 is rotated together with the rotary shaft 4 and the taper receiving portion 13 is formed on the sleeve 12 itself. A rotational driving force is applied to the sleeve 12 from a driving source of the rotating shaft 4. The rotating shaft 4 and the sleeve 12 have a mechanism in which one of the rotating shaft 4 and the sleeve 12 moves in the axial direction with respect to the other while being driven to rotate.
According to this configuration, the same functions and effects as those of the first embodiment can be achieved while omitting the bearings 8 of the first embodiment.
[0027]
FIGS. 6 and 7 show an application example of a friction stir welding apparatus 14 according to a sixth embodiment of the present invention. The friction stir welding device 14 is a device in which the friction stir welding device illustrated in FIGS. 1 to 4 is supported by a general-purpose spot welding robot 15. The friction stir welding device 14 is fixed to an arm 16 of a general-purpose spot welding robot 15. Further, a clamp 17 for holding the plate-like work together with the tool 3 is provided at a position of the arm 16 facing the tool 3. 7 is a power source such as a motor for driving the rotating shaft 4 of the friction stir welding apparatus 14. Further, as described above, the sleeve 7 is slidably held in the vertical direction in the figure by the sleeve receiver 19 and is driven up and down by the actuator 20.
6 and 7, since the structure of the friction stir welding apparatus 14 according to the embodiment of the present invention is very simple, the apparatus can be easily attached to the existing general-purpose spot welding robot 15. It is possible to join a welding object to which spot welding is conventionally applied by friction stir welding.
[0028]
In addition, not only the friction stir welding apparatus according to the embodiment of the present invention is used for the point friction stir welding method but also for the linear friction stir welding method, so that the joining strength in the case of joining two superposed plate-like works can be obtained. In addition, the accuracy of the joining position can be improved.
[0029]
【The invention's effect】
Since the present invention is configured in this manner, not only the linear friction stir welding method, but also in the case of joining a two-ply plate work by the point friction stir welding method, the joining strength and accuracy of the joining position are increased, The reliability of the parts joined by the friction stir welding method can be improved. Further, an operation control mechanism of a tool for realizing the operation can be configured and provided extremely simply.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a main part of a friction stir welding apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing a main part of a friction stir welding apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a sectional view showing a main part of a friction stir welding apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a sectional view showing a main part of a friction stir welding apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view showing a main part of a friction stir welding apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a perspective view showing an example in which the friction stir welding apparatuses according to the first to fourth embodiments of the present invention are supported by a general-purpose spot welding robot.
FIG. 7 is a side view of a main part of the friction stir welding apparatus shown in FIG. 6;
FIG. 8 is a cross-sectional view and a plan view showing a joining metal formed on a two-ply plate and a recess formed when a tool is pulled out from the plate by using a conventional friction stir welding apparatus. is there.
[Explanation of symbols]
3 Tool 4 Rotary shaft 5 Constriction 6 Taper 7, 12 Sleeve 8 Bearing 9, 13 Taper receiver 10 Universal joint 11 Low rigid material 14 Friction stir welding device 15 General-purpose robot for spot welding
