JP2012115845A - Friction stir welding apparatus, and friction stir welding method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、接合ツールの回転による摩擦熱を利用してワークを接合する摩擦攪拌接合装置及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法に関する。 The present invention relates to a friction stir welding apparatus that joins workpieces using frictional heat generated by rotation of a welding tool and a friction stir welding method using the same.
特許文献1に、接合ツールをワークに押し付けつつ回転させることにより、接合ツールとワークの接触点に摩擦熱を発生させて接触点の周囲の材料を軟化させると共に攪拌し、それによりワークを接合する摩擦撹拌接合方法が開示されている。 In Patent Document 1, by rotating the welding tool while pressing it against the workpiece, frictional heat is generated at the contact point between the welding tool and the workpiece to soften and stir the material around the contact point, thereby joining the workpiece. A friction stir welding method is disclosed.
特許文献2に、接合ツールをワークに対して傾斜させて摩擦攪拌接合を行う例が開示されている。また、特許文献3に、接合ツールを回転させながらワークの表面に沿って移動させる動作(オフセット動作)を行う際に、接合ツールをワークに押し付ける力(オフセット動作時加圧力)が一定になるようにする技術が開示されている。また、特許文献4に、オフセット動作において、オフセット動作時加圧力あるいは接合ツールの移動方向にワークから受ける力(オフセット荷重)をある大きさに制御することで、押し込み量が一定になるようにする技術が開示されている。さらに、特許文献5に、オフセット動作において、接合ツールの移動速度(オフセット速度)を可変とし、オフセット荷重を基準範囲内に制御する技術が開示されている。また一方、特許文献6に、薄板同士の重ね合わせ接合を行う際に、多関節ロボットの先端に摩擦攪拌接合装置の基体を設け、基体から延ばしたアームの先端に微小変位機構及び裏当て部材を設け、接合ツールの押し込み動作を行った後、接合ツールが微小距離だけオフセット動作を行う摩擦攪拌接合方法が開示されている。
特許文献1〜特許文献5に開示されている従来の摩擦攪拌接合方法では、ワークを定盤のような剛性の高いテーブルの上にのせて接合するのが一般的であった。このため、接合ツールを回転させながら所定の押し込み量まで没入させる押し込み動作の後、比較的長い距離オフセット動作を行う場合に、押し込み動作時加圧力とオフセット時加圧力が異なっていても、ワーク側の剛性が高いので、押し込み動作とオフセット動作とで押し込み量はそれほど変化しなかった。
In the conventional friction stir welding methods disclosed in Patent Literature 1 to
一方、特許文献6に記載の技術のように、定盤などに比べて剛性が低いアームの先端に、ワークを挟むための裏当て部材を取り付けている場合、アームが加圧力に応じて撓むために、アームに設けた裏当て部材が接合ツールの押し込み動作に対して逃げてしまう。よって、接合ツールを目標の押し込み量まで押込むためには、アーム弾性変形量分を補正して、接合ツールの位置決め動作を行うという手法が一般的に用いられている。特に、特許文献6の技術では、押し込み動作時加圧力とオフセット動作時加圧力を同じにすることで、一連の接合動作における押し込み量補正量が同じになるようにしている。押し込み動作時加圧力とオフセット動作時加圧力を同じにするためには、オフセット動作において、押し込み動作と同じ荷重で押圧するように加圧軸を制御すればよい。 On the other hand, when a backing member for sandwiching a workpiece is attached to the tip of an arm having low rigidity compared to a surface plate or the like as in the technique described in Patent Document 6, the arm bends according to the applied pressure. The backing member provided on the arm escapes with respect to the pushing operation of the welding tool. Therefore, in order to push the welding tool to the target pushing amount, a method of correcting the arm elastic deformation amount and performing the welding tool positioning operation is generally used. In particular, in the technique of Patent Document 6, the pressing amount correction amount in a series of joining operations is made the same by making the pressing force during the pressing operation and the pressing force during the offset operation the same. In order to make the pressurizing force during the pressing operation the same as the pressurizing force during the offset operation, the pressurizing shaft may be controlled so that the offset operation is pressed with the same load as the pressing operation.
ところが、特に接合ツールの傾斜角(ワーク表面の法線方向に対する接合ツールの軸線の傾斜角)を限定しない場合には、以下のような問題が生じてしまう。 However, particularly when the inclination angle of the welding tool (the inclination angle of the axis of the welding tool with respect to the normal direction of the workpiece surface) is not limited, the following problem occurs.
まず、接合ツールの傾斜角が0°の場合、加圧軸を押圧制御しないときには、特許文献4で述べられているように、接合ツールを押し込み方向に対して押し戻す力(浮力)が得られない。よって、浮力と同時に発生するワークに対する加圧力による効果を期待しても、押し込み動作時加圧力と同じだけのオフセット動作時加圧力は得られない。そこで、オフセット動作時加圧力の不足を補うために、加圧軸を押圧制御し、接合ツールをワークにさらに押し込みながらオフセット動作を行うことで、加圧力を得るようにしている。
First, when the inclination angle of the welding tool is 0 °, when the pressure shaft is not pressed and controlled, as described in
よって、オフセット動作において接合ツールを押し込むためオフセット動作開始点での押し込み量よりオフセット動作終了点での押し込み量がより大きく(深く)なってしまう。 Therefore, since the welding tool is pushed in the offset operation, the push amount at the offset operation end point becomes larger (deeper) than the push amount at the offset operation start point.
同様に、オフセット速度が小さい場合には、特許文献5で述べられているように、オフセット動作におけるオフセット荷重が小さい。接合ツールの傾斜角が同じであれば、特許文献4でも述べられているように、オフセット荷重とオフセット動作時加圧力はほぼ比例関係にあるから、オフセット速度が小さい場合には、オフセット動作時加圧力も小さい。よって、オフセット動作時加圧力が押し込み動作時加圧力に比べて低くなってしまう。
Similarly, when the offset speed is small, as described in
そこで、オフセット動作時加圧力の不足を補うために、加圧軸を押圧制御し、接合ツールをワークにさらに押し込みながらオフセット動作を行うことで加圧力を得ることができるが、そうした場合、オフセット動作において接合ツールを押し込むためオフセット動作開始点での押し込み量より、オフセット動作終点での押し込み量がより深くなってしまう。 Therefore, in order to compensate for the shortage of pressurizing force during offset operation, pressurization control can be performed on the pressurizing shaft, and the pressurizing force can be obtained by performing the offset operation while pushing the welding tool further into the workpiece. Since the welding tool is pushed in, the pushing amount at the offset operation end point becomes deeper than the pushing amount at the offset operation start point.
オフセット動作開始点での押し込み量より、オフセット動作終点での押し込み量がより深くなると、特に薄肉のワークを接合する場合や、比較的長い距離をツールが移動する場合には、オフセット動作終点での押し込み量が深くなり過ぎ、ワーク残厚(裏当て部材〜接合ツール間の距離)が減少し、条件によっては、接合ツールがワークを突き抜けてしまうという問題が生じる。 When the pushing amount at the offset operation end point becomes deeper than the pushing amount at the offset operation starting point, especially when joining thin workpieces or when the tool moves over a relatively long distance, The pushing amount becomes too deep, the remaining workpiece thickness (distance between the backing member and the welding tool) is reduced, and depending on the conditions, there arises a problem that the welding tool penetrates the workpiece.
また、ワーク突き抜けを防止するために、オフセット動作開始点での押し込み量を小さくすると、十分な接合強度が得られない。 Further, if the pushing amount at the offset operation start point is reduced in order to prevent the workpiece from penetrating, sufficient bonding strength cannot be obtained.
また、オフセット動作において加圧軸を押圧制御しない場合においても、アームの弾性によって加圧力が保持されているので、接合ツールはワークに押し込まれる。接合ツールがワークに押し込まれるに従って、アームの弾性変形量は減少し、裏当て部材〜接合ツール間の距離、つまりワーク残厚が減少する。 Even when the pressing shaft is not controlled to be pressed in the offset operation, the joining tool is pushed into the work because the pressing force is held by the elasticity of the arm. As the welding tool is pushed into the workpiece, the amount of elastic deformation of the arm decreases, and the distance between the backing member and the welding tool, that is, the remaining workpiece thickness decreases.
ワークを定盤などの剛性の高いテーブルに載せて接合していた場合には、弾性変形量がワーク残厚に対して十分小さいものであったため、接合ツールが過度にワークに押し込まれる前に弾性変形量が0となり問題は生じなかったが、アームのように弾性変形量が大きい場合には、オフセット動作において接合ツールの押し込み量が大きく変化してしまう。よって、ワーク残厚が減少し、アーム弾性変形量の戻り分が、ワークの残厚より大きい場合には、ワークを突き抜けてしまうという問題が生じる。 When workpieces are placed on a rigid table such as a surface plate and joined, the amount of elastic deformation is sufficiently small compared to the remaining thickness of the workpiece. Therefore, the workpiece is elastic before it is excessively pushed into the workpiece. The amount of deformation was 0 and no problem occurred. However, when the amount of elastic deformation is large as in the case of an arm, the push amount of the welding tool greatly changes in the offset operation. Therefore, when the workpiece remaining thickness decreases and the return amount of the arm elastic deformation amount is larger than the workpiece remaining thickness, there arises a problem that the workpiece penetrates.
また、ワーク突き抜けを防止するために、オフセット動作開始点での押し込み量を小さくすると、押し込み量の減少に伴い、接合強度が低下するので、十分な接合強度が得られない。 Further, if the pushing amount at the offset operation start point is made small in order to prevent the workpiece from penetrating, the joining strength is lowered with the reduction of the pushing amount, so that a sufficient joining strength cannot be obtained.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、オフセット動作において、接合ツールの先端が過度にワーク内部に押し込まれることを防止することができ、且つ所望の接合強度を得ることのできる摩擦攪拌接合装置及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to prevent the tip of the welding tool from being excessively pushed into the workpiece in the offset operation, and to obtain a desired bonding strength. An object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus and a friction stir welding method using the same.
本発明は以下の態様を提供する。
(1)接合すべき板状のワークの裏面を支持する裏当て部材と、
前記ワークの表面側に、前記裏当て部材との間に前記ワークを挟むように位置する接合ツールと、
前記接合ツールを保持するツール保持部と、
前記ツール保持部をその回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面の法線方向に沿って変位駆動することで、前記接合ツールを前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動して、回転する前記接合ツールの先端を前記ワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化した前記ワークの材料の内部に前記接合ツールの先端を押し込むと共にその押し込み量を調節する押し込み動作を行う加圧軸と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行うオフセット軸と、
前記ツール保持部を回転自在および前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動自在かつ前記ワークの表面方向に沿った方向に移動自在に支持する基体と、
該基体から延設されて、先端に前記裏当て部材が設けられたアームと、
前記回転駆動手段、前記加圧軸、およびオフセット軸を駆動制御する制御手段と、
を備えた摩擦攪拌接合装置であって、
前記接合ツールは、ツール本体の先端面に該ツール本体よりも小径なピンを突設し、該ツール本体の先端面におけるピンの取付部の周辺をショルダー部として構成したものであり、前記接合ツールの軸線が、前記ワークの表面の法線方向に対して、前記オフセット動作における前記接合ツールの進行方向に該接合ツールの先端が先行するように僅かに傾斜しており、
前記制御手段は、前記接合ツールを前記回転駆動手段により回転させながら、前記加圧軸を駆動して前記ワークの表面に前記接合ツールの先端のピンを押し付け、所定の深さまで前記接合ツールの先端のピンを没入させる押し込み動作を行った後、前記加圧軸による押し込み動作を停止し、前記ワークに対する接合ツールの押し込み量を一定に保持した状態で、前記接合ツールを回転させながら、前記ワークの表面に沿って前記接合ツールを移動させるオフセット動作を行い、目標距離だけオフセット動作を行った後に、前記加圧軸を押し込み動作の時と逆方向に駆動させて、前記接合ツールを前記ワークより退避させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
(2)前記制御手段は、押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット速度を一定に制御することを特徴とする(1)に記載の摩擦攪拌接合装置。
(3)前記制御手段は、押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット荷重を一定に制御することを特徴とする(1)に記載の摩擦攪拌接合装置。
(4)接合すべき板状のワークの裏面を支持する裏当て部材と、
前記ワークの表面側に、前記裏当て部材との間に前記ワークを挟むように位置する接合ツールと、
前記接合ツールを保持するツール保持部と、
前記ツール保持部をその回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面の法線方向に沿って変位駆動することで、前記接合ツールを前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動して、回転する前記接合ツールの先端を前記ワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化した前記ワークの材料の内部に前記接合ツールの先端を押し込むと共にその押し込み量を調節する押し込み動作を行う加圧軸と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行うオフセット軸と、
前記ツール保持部を回転自在および前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動自在かつ前記ワークの表面方向に沿った方向に移動自在に支持する基体と、
該基体から延設されて、先端に前記裏当て部材が設けられたアームと、を備え、
前記接合ツールは、ツール本体の先端面に該ツール本体よりも小径なピンを突設し、該ツール本体の先端面におけるピンの取付部の周辺をショルダー部として構成したものであり、前記接合ツールの軸線が、前記ワークの表面の法線方向に対して、前記オフセット動作における前記接合ツールの進行方向に該接合ツールの先端が先行するように僅かに傾斜した摩擦攪拌接合装置を用いた摩擦攪拌接合方法であって、
前記接合ツールを前記回転駆動手段により回転させながら、前記加圧軸を駆動して前記ワークの表面に前記接合ツールの先端のピンを押し付け、所定の深さまで前記接合ツールの先端のピンを没入させる押し込み動作を行った後、前記加圧軸による押し込み動作を停止し、前記ワークに対する接合ツールの押し込み量を一定に保持した状態で、前記接合ツールを回転させながら、前記ワークの表面に沿って前記接合ツールを移動させるオフセット動作を行い、目標距離だけオフセット動作を行った後に、前記加圧軸を押し込み動作の時と逆方向に駆動させて、前記接合ツールを前記ワークより退避させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置を用いた摩擦攪拌接合方法。
(5)押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット速度を一定に制御することを特徴とする(4)に記載の摩擦攪拌接合方法。
(6)押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット荷重を一定に制御することを特徴とする(4)に記載の摩擦攪拌接合方法。
The present invention provides the following aspects.
(1) a backing member that supports the back surface of the plate-like workpiece to be joined;
A bonding tool located on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece between the backing member;
A tool holding unit for holding the joining tool;
A rotation driving means for rotating the tool holding portion around its rotation axis;
The tip of the joining tool that rotates by moving the joining tool in a direction along the normal direction of the surface of the workpiece by driving the tool holding portion to move along the normal direction of the surface of the workpiece. A pressing shaft that presses the surface of the workpiece and presses the tip of the welding tool into the workpiece material softened by frictional heat and performs a pressing operation to adjust the pressing amount;
An offset shaft for performing an offset operation for moving the tool holding portion along the surface direction of the workpiece;
A base for supporting the tool holding portion rotatably and in a direction along a normal direction of the surface of the workpiece and movably in a direction along the surface direction of the workpiece;
An arm extending from the base and provided with the backing member at the tip;
Control means for driving and controlling the rotation driving means, the pressure shaft, and the offset shaft;
A friction stir welding apparatus comprising:
The joining tool is configured such that a pin having a diameter smaller than that of the tool main body is protruded from the front end surface of the tool main body, and the periphery of the pin mounting portion on the front end surface of the tool main body is configured as a shoulder portion. Is inclined slightly with respect to the normal direction of the surface of the workpiece so that the tip of the welding tool precedes the direction of travel of the welding tool in the offset operation,
The control means drives the pressurizing shaft while rotating the welding tool by the rotation driving means to press the pin at the tip of the welding tool against the surface of the workpiece, and the tip of the welding tool to a predetermined depth. After the pushing operation for immersing the pin of the workpiece is stopped, the pushing operation by the pressure shaft is stopped, and the welding tool is rotated while the joining tool is rotated while the pushing amount of the joining tool to the workpiece is kept constant. An offset operation is performed to move the welding tool along the surface, and after performing the offset operation by a target distance, the pressure tool is driven in the opposite direction to the pushing operation to retract the welding tool from the workpiece. A friction stir welding apparatus characterized in that
(2) The control means controls the offset speed at the time of the offset operation to be constant so that the pressure force at the time of the pushing operation and the pressure force at the time of the offset operation become the same. Friction stir welding equipment.
(3) The control means controls the offset load at the time of the offset operation to be constant so that the pressure force at the time of the pushing operation and the pressure force at the time of the offset operation become the same. Friction stir welding equipment.
(4) a backing member that supports the back surface of the plate-like workpiece to be joined;
A bonding tool located on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece between the backing member;
A tool holding unit for holding the joining tool;
A rotation driving means for rotating the tool holding portion around its rotation axis;
The tip of the joining tool that rotates by moving the joining tool in a direction along the normal direction of the surface of the workpiece by driving the tool holding portion to move along the normal direction of the surface of the workpiece. A pressing shaft that presses the surface of the workpiece and presses the tip of the welding tool into the workpiece material softened by frictional heat and performs a pressing operation to adjust the pressing amount;
An offset shaft for performing an offset operation for moving the tool holding portion along the surface direction of the workpiece;
A base for supporting the tool holding portion rotatably and in a direction along a normal direction of the surface of the workpiece and movably in a direction along the surface direction of the workpiece;
An arm extending from the base body and provided with the backing member at the tip,
The joining tool is configured such that a pin having a diameter smaller than that of the tool main body is protruded from the front end surface of the tool main body, and the periphery of the pin mounting portion on the front end surface of the tool main body is configured as a shoulder portion. Friction stirrer using a friction stir welding apparatus whose axis is slightly inclined with respect to the normal direction of the surface of the workpiece so that the tip of the welding tool precedes the traveling direction of the welding tool in the offset operation A joining method,
While the welding tool is rotated by the rotation drive means, the pressure shaft is driven to press the pin at the tip of the welding tool against the surface of the workpiece, and the pin at the tip of the welding tool is inserted to a predetermined depth. After performing the pushing operation, the pushing operation by the pressure shaft is stopped, and while the amount of pushing of the welding tool to the workpiece is kept constant, the welding tool is rotated along the surface of the workpiece while rotating. An offset operation for moving the welding tool is performed, and after performing the offset operation for a target distance, the pressing tool is driven in a direction opposite to that of the pushing operation to retract the welding tool from the workpiece. A friction stir welding method using a friction stir welding apparatus.
(5) The friction stir welding method according to (4), wherein the offset speed during the offset operation is controlled to be constant so that the pressure during the push-in operation and the pressure during the offset operation are the same. .
(6) The friction stir welding method according to (4), wherein the offset load during the offset operation is controlled to be constant so that the pressure during the push-in operation is the same as the pressure during the offset operation .
本発明によれば、接合ツールが傾斜しているので、接合ツールの進行方向のワーク母材が、接合ツールの先端のショルダー部にクサビ状に流入することになり、このワーク母材の流入が動圧を発生させ、浮力が発生する。接合ツールの傾斜角に応じた浮力が発生することによって、アームの弾性変形によって保持されていた加圧力をある程度打ち消すことができる。よって、定盤などに比べて剛性が低いアームを用いた構成においても、接合ツールの傾斜角が0°の場合に比べ、接合ツールを傾斜させることによって、接合ツールの先端が過度にワーク内部に押し込まれることを防止することができる。そして、アームの弾性変形によって保持されていた加圧力とオフセット動作で発生する浮力とを釣り合わせることにより、オフセット動作において押し込み量が増加することを防止することができ、それにより、オフセット動作開始点の押し込み量を深く設定することが可能となり、接合強度を向上させることができるようになる。 According to the present invention, since the joining tool is inclined, the workpiece base material in the traveling direction of the joining tool flows in a wedge shape into the shoulder portion at the tip of the joining tool. Dynamic pressure is generated and buoyancy is generated. By generating buoyancy according to the inclination angle of the welding tool, the applied pressure held by the elastic deformation of the arm can be canceled to some extent. Therefore, even in a configuration using an arm that is less rigid than a surface plate or the like, the tip of the welding tool is excessively placed inside the workpiece by tilting the welding tool compared to when the tilt angle of the welding tool is 0 °. It can prevent being pushed in. Further, by balancing the applied pressure held by the elastic deformation of the arm and the buoyancy generated by the offset operation, it is possible to prevent the pushing amount from increasing in the offset operation, and thereby the offset operation start point. It becomes possible to set the amount of pressing deeply and to improve the bonding strength.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は本発明の一実施形態の摩擦撹拌接合装置の側面図、図2は図1の摩擦撹拌接合装置に組み込まれている2軸駆動ユニットの平面図、図3は図2の2軸駆動ユニットの側面図、図4は図2の2軸駆動ユニットに使用されているボールねじ一体型直動案内ユニットの断面図、図5は摩擦撹拌接合装置の正面図である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a side view of a friction stir welding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a biaxial drive unit incorporated in the friction stir welding apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a biaxial drive of FIG. 4 is a side view of the unit, FIG. 4 is a sectional view of a ball screw integrated linear motion guide unit used in the biaxial drive unit of FIG. 2, and FIG. 5 is a front view of the friction stir welding apparatus.
図1に示すように、この摩擦撹拌接合装置Mには、摩擦撹拌接合のための接合ツール1をワークに接近/離間させる加圧軸2と、接合ツール1を加圧軸2と略直交する方向に移動させるオフセット軸3と、接合ツール1をその中心軸Q(図5参照)まわりに回転させる旋回軸4とが設けられている。ここで、加圧軸2は、互いに直交するX軸とY軸のうちのX軸として設定され、オフセット軸3はY軸として設定されている。これら加圧軸2とオフセット軸3は、2軸駆動ユニット5の互いに直交する2軸をなしている。
As shown in FIG. 1, the friction stir welding apparatus M includes a pressurizing
図2及び図3に示すように、2軸駆動ユニット5は、第1のボールねじ一体型直動案内ユニット10Aと第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10Bとを、両者の軸線方向を互いに直交する関係に設定して組み合わせることで構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
加圧軸2(X軸)を構成する第1のボールねじ一体型直動案内ユニット10A及びオフセット軸3(Y軸)を構成する第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10Bは、それぞれ、例えば図4に示すように、直動案内軸受11とボールねじ12の組み合わせで構成されている。
The first ball screw-integrated linear
直動案内軸受11は、断面が略U字状に形成された案内レール13と、案内レール13のU字状の凹部内に配置されたスライダ14と、案内レール13とスライダ14の間に配置された複数の転動体15と、を備えている。案内レール13は、スライダ14と対向配置される各袖部13Aの内側面に転動面16Aを有し、スライダ14は、案内レール13の転動面16Aに対向配置される転動面16Bを有しており、案内レール13の転動面16Aとスライダ14の転動面16Bとの間に転動体(図ではコロ)15が介在され、それにより、スライダ14と案内レール13とが相対的に直線移動可能とされている。
The linear motion guide bearing 11 is disposed between a
この場合、案内レール13の転動面16Aとスライダ14の転動面16Bとの間には、転動体15の移動する転動通路16が左右それぞれ上下に二列、即ち全体で二対四列形成される。スライダ14には、転動体15の戻し通路16Dと、戻し通路16Dと転動通路16とを連通する方向転換路(図示略)とが形成され、転動体15が、転動通路16と方向転換路と戻し通路16Dとから構成される無限循環路を循環するようになっている。
In this case, between the rolling surface 16 </ b> A of the
また、ボールねじ12は、案内レール13と平行に形成されたボールねじナット17と、ボールねじナット17を貫通するボールねじ軸18と、ボールねじナット17の螺旋溝とボールねじ軸18の螺旋溝との間に配置された複数のボール19と、を備えている。そして、ボールねじ一体型直動案内ユニット10A、10Bは、ボールねじ12の要素であるボールねじナット17を直動案内軸受11の要素であるスライダ14に直接形成することにより、ボールねじ12と直動案内軸受11とを一体に備えた機構部品として構成されている。
The ball screw 12 includes a
また、2軸駆動ユニット5は、図3に示すように、第1、第2の2つのボールねじ一体型直動案内ユニット10A、10Bを、各ユニット10A、10Bの直動案内軸受11の案内方向(軸線方向)が互いに交差(本実施形態では略直交する)する2軸となるように、各ユニット10A、10Bのスライダ14を、互いのフランジ14a同士がボルト等の結合手段により結合して互いに組み合わせることにより構成されている。なお、2つのスライダ14は、最初から一体に成形してあってもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
第1、第2の2つのボールねじ一体型直動案内ユニット10A、10Bは、図2に示すように、X軸(加圧軸2)側の第1のボールねじ一体型直動案内ユニット10Aのスライダ14のスライダ中心PA(以下、「加圧軸スライダ中心」とも言う)と、Y軸(オフセット軸3)側の第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10Bのスライダ14のスライダ中心PB(以下、「オフセット軸スライダ中心」とも言う)の位置を互いにずらしたうえで、両スライダ14同士を結合することにより、互いに組み合わせられており、2つのスライダ中心PA、PB間の距離(ずれ量Ls)は任意に設定されている。ここで、スライダ中心とは、スライダ上面から見て、長手軸方向に沿った有効長の中心且つスライダ断面の中心にある点である。
As shown in FIG. 2, the first and second two ball screw integrated linear
この場合、オフセット軸スライダ中心PBは、加圧軸スライダ中心PAに対して、オフセット軸3の軸線に沿って位置がずれている。すなわち、加圧軸スライダ中心PA上をオフセット軸3の軸線が通っており、そのオフセット軸3の軸線上にオフセット軸スライダ中心PBが位置している。しかも、オフセット軸スライダ中心PBは、加圧軸スライダ中心PAに対して、接合ツール1のオフセット動作時の進行方向YA(図2及び図5の紙面右方向)と逆の方向に位置がずれている。
In this case, the offset axis slider center PB is displaced along the axis of the offset
図1に示すように、このように2軸駆動ユニット5を用いて加圧軸(X軸)2とオフセット軸(Y軸)3を構成した摩擦撹拌接合装置Mは、接合ツール1をワーク(図示略)に押し付けつつ回転させることにより、接合ツール1とワークの接触点に摩擦熱を発生させて当該接触点の周囲の材料を軟化させると共に撹拌し、それにより接合ツール1をワークに没入させ、没入後、接合ツール1をワークの表面方向に移動させることで、ワークを線状に接合するものである。
As shown in FIG. 1, the friction stir welding apparatus M configured with the pressure shaft (X axis) 2 and the offset shaft (Y axis) 3 by using the
その際、接合ツール1は、ワークの表面側に、後述する裏当て部材52との間にワークを挟むように位置する。加圧軸2は、接合ツール1を加圧軸2の軸線方向に移動してワークに接近/離間させる。すなわち、接合ツール1をワークの表面の法線方向に移動して、回転する接合ツール1の先端をワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化したワークの材料の内部に接合ツール1の先端を押し込むと共に、その押し込み量を調節する役目を果たす。
At that time, the joining tool 1 is positioned on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece with a backing
また、オフセット軸3は、接合ツール1を加圧軸2と直交する方向であるワークの表面方向(Y軸)に移動させるオフセット動作を実行する役目を果たす。
Further, the offset
加圧軸2を構成する第1のボールねじ一体型直動案内ユニット10Aの案内レール13は、摩擦攪拌接合装置Mの基体をなすもので、この案内レール13の下面には、プレート58を介して、C字形のアーム50の基端が固定されている。アーム50の先端は、片持状態で接合ツール1の先端に対向する位置の近くまで延びている。
The
また、オフセット軸3を構成する第2のボールねじ一体型直動案内ユニット10Bの案内レール(基体)13に、接合ツール1を回転自在に装着したスピンドル(ツール保持部)30が固定されている。従って、加圧軸2のスライダ14及びオフセット軸3の案内レール13は、それぞれ加圧軸2のボールねじ12及びオフセット軸3のボールねじ12によって駆動される。なお、加圧軸2のボールねじ12及びオフセット軸3のボールねじ12は、それぞれベルト41A、41Bを介して、加圧軸モータ42及びオフセット軸モータ43によって駆動される。
A spindle (tool holding portion) 30 on which the welding tool 1 is rotatably mounted is fixed to a guide rail (base body) 13 of a second ball screw integrated linear
接合ツール1は、旋回軸4を構成するスピンドル30によってツールホルダ35を介して回転自在に保持されたツール本体1aの先端面に、ツール本体1aよりも小径なツールピン1cを突設し、ツール本体1aの先端面におけるピン1cの取付部の周辺をショルダー部1bとして構成したものである。
The joining tool 1 has a
スピンドル30は、オフセット軸3方向(図1のY軸方向)から見てワークの表面の法線方向に沿うように設定された回転軸線(接合ツール1の中心軸Qと一致)を有し、該回転軸線と同軸に接合ツール1を保持するものである。なお、この回転軸線は後述するようにオフセット軸3と加圧軸2に直交する方向(図5のZ軸方向)から見た場合、ワークの表面の法線方向に対し傾斜している。スピンドル30は、複数の軸受31を収容するスピンドルハウジング32と、軸受31と、軸受31によって回転可能に保持されたスピンドルシャフト33とによって構成され、スピンドルシャフト33の接合ツール1側には、接合ツール1を着脱可能に保持するツールホルダ35が設けられている。スピンドルシャフト33は、プーリ46とベルト47を介して旋回軸モータ(回転駆動手段)44によって駆動される。なお、スピンドル30と旋回軸モータ44は、旋回軸ブラケット48を介して、オフセット軸3の案内レール13の取り付け面13aに固定されている。
The
上述のようにベルト47を介してスピンドルシャフト33を駆動するようにしたことで、接合ツール1と旋回軸モータ44は芯違いになっており、芯違いとしたことで、接合ツール1の高さ、つまりは、2軸駆動ユニット5にとっての外部荷重の作用点を、取り付け面13a(オフセット軸3の案内レール13に旋回軸ブラケット48を固定している面)の法線方向(矢印Z方向、以下取り付け面法線方向とも呼ぶ。)に低く抑えることができるようになる。
Since the
これにより、加圧軸2のスライダ14に作用するピッチングモーメント及びオフセット軸3のスライダ14に作用するローリングモーメントを小さく抑えることができ、その結果、転動体15に作用する面圧を低減できるようになる。
As a result, the pitching moment acting on the
また、オフセット軸3のスライダ14と加圧軸2のスライダ14を結合したことで、オフセット軸3の案内レール13がスピンドル30を支持する部材となるので、スピンドル30の取り付け面積を大きくとれると共に、接合ツール1からの加圧力をオフセット3の案内レール13の側面13bの大きな面積で受けることができるようになる。
In addition, since the
旋回軸ブラケット48とオフセット軸3の案内レール13の側面13bとの間には、傾斜付与部材49が設けられおり、オフセット軸3と加圧軸2に直交する方向(図5のZ軸方向)から見て接合ツール1の中心軸Qが加圧軸2の軸線に対して傾斜している。傾斜の方向は、オフセット動作において、接合ツール1をオフセット(進行)させる方向である。つまり、接合ツール1の軸線(中心軸Q)は、図6に示すように、ワークWの表面の法線方向Hsに対して、オフセット動作における接合ツール1の進行方向YAに接合ツール1の先端が先行するように僅かに、例えば1°〜6°傾斜している。
An
このように接合ツール1を傾斜させることにより、オフセット動作時の接合ツール1の進行方向に対して、接合ツール1のショルダー部1bをワークWに対して向い角を持って接触させることができる。それにより、流動化したワークWの材料が、接合ツール1のショルダー部1bに対してクサビ状に流れ込む作用が発生し、加圧軸2を大きく移動することなく、ショルダー部1bに流入したワークWにより加圧力を保持することができるようになる。
By inclining the joining tool 1 in this way, the
図1に戻って、加圧軸2の案内レール13に基端部が固定されたC字形のアーム50の先端には、加圧力検出手段51及び裏当て部材52が設けられている。裏当て部材52は、図6に示すように、接合すべき板状のワークWの裏面を支持するもので、接合ツール1と裏当て部材52の間にワークWを挟むことで、ワークWに対して接合ツール1により加圧力を作用させることができるようになっている。
Returning to FIG. 1, a pressure detection means 51 and a
また、この摩擦攪拌接合装置Mは、上述した旋回軸モータ44、加圧軸モータ42及びオフセット軸モータ43を駆動制御するための制御手段(図示略)を有している。この制御手段は、次のように制御を実行する。
Further, the friction stir welding apparatus M has a control means (not shown) for driving and controlling the above-described
すなわち、まず、図6(a)、(b)に示すように、接合ツール1を回転させながら、加圧軸2を駆動してワークWの表面に接合ツール1の先端のツールピン1cを押し付け、所定の深さまで接合ツール1の先端のツールピン1cを没入させる押し込み動作を行う。その後、加圧軸2による押し込み動作を停止し、ワークWに対する接合ツール1の押し込み量を一定に保持した状態で、図6(c)に示すように、接合ツール1を回転させながら、ワークWの表面に沿って接合ツール1を移動させるオフセット動作を行い、目標距離だけオフセット動作を行った後に、図6(d)に示すように、加圧軸2を押し込み動作の時と逆方向に駆動させて、接合ツール1をワークWより退避させる。
That is, first, as shown in FIGS. 6A and 6B, while the welding tool 1 is rotated, the
この際、制御手段は、押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時の速度(オフセット速度)、または、オフセット動作時の荷重(オフセット荷重)を一定に制御することが好ましい。 At this time, the control means sets the speed during the offset operation (offset speed) or the load during the offset operation (offset load) so that the pressure applied during the push-in operation is the same as the pressure applied during the offset operation. It is preferable to control it to be constant.
なお、接合の際に、ワークWは、2枚以上の薄板W1、W2を重ね合せて配置される。また、ワークWの最表面とオフセット軸3の案内レール13が平行となるように設定される。
At the time of joining, the workpiece W is disposed by overlapping two or more thin plates W1 and W2. Further, the outermost surface of the workpiece W and the
また、ワークWは、表裏が平行な薄板同士であることが多いため、裏当て部材52のワーク接触面とオフセット軸3の案内レール13を平行に配置しているが、ワークWの形状によって適宜変えてもよい。例えば、ワークWがある角度をもった傾斜部材である場合には、裏当て部材52とオフセット軸3の案内レール13を傾斜部材の角度だけ傾けて配置してもよい。
In addition, since the workpiece W is often a thin plate whose front and back are parallel, the workpiece contact surface of the backing
次に本発明の摩擦接合装置Mを用いた摩擦攪拌接合時の動作(接合プロセス)について3つの実施例と、本発明と比較のための比較例を用いて説明する。
《第1実施例》
以下、第1実施例の接合プロセスを説明する。
まず、図6(a)のように、接合ツール1を回転させながら加圧軸2の駆動によって接合ツール1を押し込み方向XAに駆動し、接合ツール1をワークW表面に接触させる。次に、加圧軸2を一定の加圧力で押圧制御し、接合ツール1の先端のツールピン1cとワークW間の摩擦によってワークWを軟化させ、図6(b)のように、ツールピン1cをワークWの中に回転させながら没入させ、接合ツール1を回転させながら、所定の押し込み量まで没入させるという押し込み動作を行う。
Next, the operation (joining process) at the time of friction stir welding using the friction welding apparatus M of the present invention will be described using three examples and a comparative example for comparison with the present invention.
<< First Example >>
Hereinafter, the joining process of the first embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 6A, the welding tool 1 is driven in the pushing direction XA by driving the
この押し込み動作では、アーム50が加圧力に応じて撓むため、裏当て部材52が接合ツール1の押し込み動作に対して逃げてしまう。よって接合ツール1を目標の押し込み量まで押込むために、弾性変形量δ分を補正して接合ツール1の位置決め動作を行っている。
In this pushing operation, the
ワークWの表面に接合ツール1のショルダー部1bを接触させ、目標位置まで接合ツール1を没入させた後、加圧軸2は停止し、加圧軸2を停止させたまま、図6(c)のように、接合ツール1を回転させながらワークWの表面に沿って矢印YA方向に移動させるオフセット動作を行う。このオフセット動作において、接合ツール1が傾斜しているので、接合ツール1の進行方向YAのワーク母材が接合ツール1の先端のショルダー部1bにクサビ状に流入し、このワーク母材の流入が動圧を発生させ、接合ツール1を押し込み方向に対して押し戻す浮力が発生する。接合ツール1の傾斜角αに応じた浮力が発生することによって、アーム50の弾性変形によって保持されていた加圧力をある程度打ち消すことができる。
After the
よって、定盤などに比べて剛性が低いアーム50を用いた構成においても、接合ツール1の傾斜角が0°の場合に比べ、接合ツール1を傾斜させることによって、接合ツール1が過度にワークWに押込まれることを防止することができる。つまり、ツールピン1cの先端と裏当て部材52との間に残り厚さεを確保することができ、それにより、オフセット動作開始点の押し込み量を深く設定することが可能となり、接合強度を向上させることができるようになる。
Therefore, even in the configuration using the
目標距離オフセット動作を行った後は、図6(d)のように、加圧軸2を逆駆動させて、接合ツール1をワークWより退避させる。
After performing the target distance offset operation, as shown in FIG. 6D, the
《比較例》
図7及び図8は比較例を示している。
この比較例では、図7に示すように、接合ツール1の軸線Qは、ワークWの表面の法線方向Hsに対して傾斜せずに傾斜角0°として配置されている。
《Comparative example》
7 and 8 show a comparative example.
In this comparative example, as shown in FIG. 7, the axis Q of the welding tool 1 is arranged at an inclination angle of 0 ° without being inclined with respect to the normal direction Hs of the surface of the workpiece W.
押し込み動作は、第1実施例と同じように、図8(a)のように、接合ツール1を回転させながら所定の押し込み量まで没入させる。 As in the first embodiment, the push-in operation is performed until the predetermined push-in amount is immersed while rotating the welding tool 1 as shown in FIG.
しかしながら、オフセット動作では、接合ツール1の傾斜角が0°なので、第1実施例で発生したような浮力は発生しない。よって、オフセット動作でも、アーム50の弾性変形によって保持されていた加圧力によって押し込み動作を行いながら、オフセット動作を行うことになる。接合ツール1がワークWに押込まれるに従ってアーム50の弾性変形量δは減少し、裏当て部材52〜接合ツール1間の距離、つまりワークW残厚が減少する。よって、図8(b)のように、オフセット動作開始点での押し込み量より、オフセット動作終点での押し込み量が深くなる。
However, in the offset operation, since the inclination angle of the joining tool 1 is 0 °, the buoyancy generated in the first embodiment is not generated. Therefore, even in the offset operation, the offset operation is performed while performing the push-in operation with the applied pressure held by the elastic deformation of the
オフセット動作開始点での押し込み量より、オフセット動作終点での押し込み量がより深くなると、特に薄肉のワークWを接合する場合や、比較的長い距離を接合ツール1が移動する場合には、オフセット動作終点での押し込み量が深くなり、ワーク残厚が減少し、条件によってはワークWを突き抜けてしまうという問題が生じる。また、ワーク突き抜けを防止するために、オフセット動作開始点での押し込み量を小さくすると十分な強度が得られない。 When the push amount at the offset operation end point becomes deeper than the push amount at the offset operation start point, especially when the thin workpiece W is joined or when the joining tool 1 moves over a relatively long distance, the offset operation is performed. The pushing amount at the end point becomes deep, the work remaining thickness decreases, and there arises a problem that the work W penetrates depending on conditions. Further, if the pushing amount at the offset operation start point is reduced in order to prevent the workpiece from penetrating, sufficient strength cannot be obtained.
《第2実施例》
第2実施例では、第1実施例における押し込み動作時加圧力とオフセット動作時加圧力とが同じになるよう、オフセット速度を一定に制御した。
<< Second Embodiment >>
In the second embodiment, the offset speed is controlled to be constant so that the pressing force during the pushing operation and the pressing force during the offset operation in the first embodiment are the same.
例えば、板厚2mm、2枚のアルミ板を重ね合せ接合を行う場合、接合ツールショルダ径10mm、接合ツール先端ピンM4ねじ形状、接合ツール先端ピン高さ3mm、接合ツール傾斜角3°、押し込み時加圧力5kN、接合ツール回転数3000rpm、オフセット開始点での押し込み量3.1mmにおいて、オフセット速度20mm/sとしたとき、オフセット動作加圧力が約5kNとなり、オフセット動作中のアーム弾性変形量もほぼ一定に保っていた。加圧軸は停止しているので、接合ツール〜裏当て部材間距離、つまり、ワーク残厚もほぼ一定である。 For example, when two sheets of aluminum plate are overlapped and joined, the joining tool shoulder diameter is 10 mm, the joining tool tip pin M4 thread shape, the joining tool tip pin height is 3 mm, the joining tool tilt angle is 3 °, and the time of pushing When the applied pressure is 5 kN, the welding tool rotation speed is 3000 rpm, and the pushing amount at the offset start point is 3.1 mm, when the offset speed is 20 mm / s, the offset operating pressure is about 5 kN, and the arm elastic deformation during the offset operation is almost the same. Kept constant. Since the pressing shaft is stopped, the distance between the joining tool and the backing member, that is, the remaining workpiece thickness is substantially constant.
《第3実施例》
第3実施例では、第1実施例における押し込み動作時加圧力とオフセット動作時加圧力とが同じになるよう、オフセット荷重を一定に制御した。
<< Third embodiment >>
In the third embodiment, the offset load is controlled to be constant so that the pressing force during the pushing operation and the pressing force during the offset operation in the first embodiment are the same.
例えば、板厚2mm、2枚のアルミ板を重ね合せ接合を行う場合、接合ツールショルダ径10mm、接合ツール先端ピンM4ねじ形状、接合ツール先端ピン高さ3mm、接合ツール傾斜角3°、押し込み時加圧力5kN、接合ツール回転数3000rpm、オフセット開始点での押し込み量3.1mmにおいて、オフセット荷重500Nとしたとき、オフセット動作加圧力が約5kNとなり、オフセット動作中のアーム弾性変形量もほぼ一定に保っていた。加圧軸は停止しているので、接合ツール〜裏当て部材間距離、つまり、ワーク残厚もほぼ一定である。 For example, when two sheets of aluminum plate are overlapped and joined, the joining tool shoulder diameter is 10 mm, the joining tool tip pin M4 thread shape, the joining tool tip pin height is 3 mm, the joining tool tilt angle is 3 °, and the time of pushing When the applied pressure is 5kN, the welding tool rotation speed is 3000rpm, and the pushing amount at the offset start point is 3.1mm, when the offset load is 500N, the offset operating pressure is about 5kN, and the amount of elastic deformation of the arm during the offset operation is almost constant. I kept it. Since the pressing shaft is stopped, the distance between the joining tool and the backing member, that is, the remaining workpiece thickness is substantially constant.
上記第2実施例、第3実施例は、押し込み動作においてアーム50の弾性変形によって保持されていた加圧力とオフセット動作での浮力がつりあうことになるから、オフセット動作において押し込み量が増加することはない。よって、オフセット動作開始点の押し込み量を深く設定でき、接合強度を向上させることができる。
In the second and third embodiments, the pressing force held by the elastic deformation of the
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimensions, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.
M 摩擦撹拌接合装置
1 接合ツール
1a ツール本体
1b ショルダー部
1c ツールピン
2 加圧軸
3 オフセット軸
4 旋回軸
13 案内レール(基体)
30 スピンドル(ツール保持部)
42 加圧軸モータ
43 オフセット軸モータ
44 旋回軸モータ(回転駆動手段)
50 アーム
52 裏当て部材
W ワーク
Q 接合ツールの中心軸(回転軸線)
M Friction stir welding apparatus 1 Joining
30 spindle (tool holder)
42
50
Claims (6)
前記ワークの表面側に、前記裏当て部材との間に前記ワークを挟むように位置する接合ツールと、
前記接合ツールを保持するツール保持部と、
前記ツール保持部をその回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面の法線方向に沿って変位駆動することで、前記接合ツールを前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動して、回転する前記接合ツールの先端を前記ワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化した前記ワークの材料の内部に前記接合ツールの先端を押し込むと共にその押し込み量を調節する押し込み動作を行う加圧軸と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行うオフセット軸と、
前記ツール保持部を回転自在および前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動自在かつ前記ワークの表面方向に沿った方向に移動自在に支持する基体と、
該基体から延設されて、先端に前記裏当て部材が設けられたアームと、
前記回転駆動手段、前記加圧軸、およびオフセット軸を駆動制御する制御手段と、
を備えた摩擦攪拌接合装置であって、
前記接合ツールは、ツール本体の先端面に該ツール本体よりも小径なピンを突設し、該ツール本体の先端面におけるピンの取付部の周辺をショルダー部として構成したものであり、前記接合ツールの軸線が、前記ワークの表面の法線方向に対して、前記オフセット動作における前記接合ツールの進行方向に該接合ツールの先端が先行するように僅かに傾斜しており、
前記制御手段は、前記接合ツールを前記回転駆動手段により回転させながら、前記加圧軸を駆動して前記ワークの表面に前記接合ツールの先端のピンを押し付け、所定の深さまで前記接合ツールの先端のピンを没入させる押し込み動作を行った後、前記加圧軸による押し込み動作を停止し、前記ワークに対する接合ツールの押し込み量を一定に保持した状態で、前記接合ツールを回転させながら、前記ワークの表面に沿って前記接合ツールを移動させるオフセット動作を行い、目標距離だけオフセット動作を行った後に、前記加圧軸を押し込み動作の時と逆方向に駆動させて、前記接合ツールを前記ワークより退避させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 A backing member that supports the back side of the plate-like workpieces to be joined;
A bonding tool located on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece between the backing member;
A tool holding unit for holding the joining tool;
A rotation driving means for rotating the tool holding portion around its rotation axis;
The tip of the joining tool that rotates by moving the joining tool in a direction along the normal direction of the surface of the workpiece by driving the tool holding portion to move along the normal direction of the surface of the workpiece. A pressing shaft that presses the surface of the workpiece and presses the tip of the welding tool into the workpiece material softened by frictional heat and performs a pressing operation to adjust the pressing amount;
An offset shaft for performing an offset operation for moving the tool holding portion along the surface direction of the workpiece;
A base for supporting the tool holding portion rotatably and in a direction along a normal direction of the surface of the workpiece and movably in a direction along the surface direction of the workpiece;
An arm extending from the base and provided with the backing member at the tip;
Control means for driving and controlling the rotation driving means, the pressure shaft, and the offset shaft;
A friction stir welding apparatus comprising:
The joining tool is configured such that a pin having a diameter smaller than that of the tool main body is protruded from the front end surface of the tool main body, and the periphery of the pin mounting portion on the front end surface of the tool main body is configured as a shoulder portion. Is inclined slightly with respect to the normal direction of the surface of the workpiece so that the tip of the welding tool precedes the direction of travel of the welding tool in the offset operation,
The control means drives the pressurizing shaft while rotating the welding tool by the rotation driving means to press the pin at the tip of the welding tool against the surface of the workpiece, and the tip of the welding tool to a predetermined depth. After the pushing operation for immersing the pin of the workpiece is stopped, the pushing operation by the pressure shaft is stopped, and the welding tool is rotated while the joining tool is rotated while the pushing amount of the joining tool to the workpiece is kept constant. An offset operation is performed to move the welding tool along the surface, and after performing the offset operation by a target distance, the pressure tool is driven in the opposite direction to the pushing operation to retract the welding tool from the workpiece. A friction stir welding apparatus characterized in that
前記ワークの表面側に、前記裏当て部材との間に前記ワークを挟むように位置する接合ツールと、
前記接合ツールを保持するツール保持部と、
前記ツール保持部をその回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面の法線方向に沿って変位駆動することで、前記接合ツールを前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動して、回転する前記接合ツールの先端を前記ワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化した前記ワークの材料の内部に前記接合ツールの先端を押し込むと共にその押し込み量を調節する押し込み動作を行う加圧軸と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行うオフセット軸と、
前記ツール保持部を回転自在および前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動自在かつ前記ワークの表面方向に沿った方向に移動自在に支持する基体と、
該基体から延設されて、先端に前記裏当て部材が設けられたアームと、を備え、
前記接合ツールは、ツール本体の先端面に該ツール本体よりも小径なピンを突設し、該ツール本体の先端面におけるピンの取付部の周辺をショルダー部として構成したものであり、前記接合ツールの軸線が、前記ワークの表面の法線方向に対して、前記オフセット動作における前記接合ツールの進行方向に該接合ツールの先端が先行するように僅かに傾斜した摩擦攪拌接合装置を用いた摩擦攪拌接合方法であって、
前記接合ツールを前記回転駆動手段により回転させながら、前記加圧軸を駆動して前記ワークの表面に前記接合ツールの先端のピンを押し付け、所定の深さまで前記接合ツールの先端のピンを没入させる押し込み動作を行った後、前記加圧軸による押し込み動作を停止し、前記ワークに対する接合ツールの押し込み量を一定に保持した状態で、前記接合ツールを回転させながら、前記ワークの表面に沿って前記接合ツールを移動させるオフセット動作を行い、目標距離だけオフセット動作を行った後に、前記加圧軸を押し込み動作の時と逆方向に駆動させて、前記接合ツールを前記ワークより退避させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置の摩擦攪拌接合方法。 A backing member that supports the back side of the plate-like workpieces to be joined;
A bonding tool located on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece between the backing member;
A tool holding unit for holding the joining tool;
A rotation driving means for rotating the tool holding portion around its rotation axis;
The tip of the joining tool that rotates by moving the joining tool in a direction along the normal direction of the surface of the workpiece by driving the tool holding portion to move along the normal direction of the surface of the workpiece. A pressing shaft that presses the surface of the workpiece and presses the tip of the welding tool into the workpiece material softened by frictional heat and performs a pressing operation to adjust the pressing amount;
An offset shaft for performing an offset operation for moving the tool holding portion along the surface direction of the workpiece;
A base for supporting the tool holding portion rotatably and in a direction along a normal direction of the surface of the workpiece and movably in a direction along the surface direction of the workpiece;
An arm extending from the base body and provided with the backing member at the tip,
The joining tool is configured such that a pin having a diameter smaller than that of the tool main body is protruded from the front end surface of the tool main body, and the periphery of the pin mounting portion on the front end surface of the tool main body is configured as a shoulder portion. Friction stirrer using a friction stir welding apparatus whose axis is slightly inclined with respect to the normal direction of the surface of the workpiece so that the tip of the welding tool precedes the traveling direction of the welding tool in the offset operation A joining method,
While the welding tool is rotated by the rotation drive means, the pressure shaft is driven to press the pin at the tip of the welding tool against the surface of the workpiece, and the pin at the tip of the welding tool is inserted to a predetermined depth. After performing the pushing operation, the pushing operation by the pressure shaft is stopped, and while the amount of pushing of the welding tool to the workpiece is kept constant, the welding tool is rotated along the surface of the workpiece while rotating. An offset operation for moving the welding tool is performed, and after performing the offset operation for a target distance, the pressing tool is driven in a direction opposite to that of the pushing operation to retract the welding tool from the workpiece. A friction stir welding method for a friction stir welding apparatus.
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