JP2013184219A - 接合体の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】摩擦攪拌ツール61のプローブ612が埋入される帯板1及び帯板2の裏側に凸状の曲面を有する裏当て7をあてがい、帯板1の側面と帯板2の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、前記突き合わされた帯板1と帯板2を幅方向に拘束した状態で、前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌ツール61のプローブ612を埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板1と前記帯板2を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する帯板の接合体3の製造方法。
【選択図】図1
Description
Friction Stir Welding)と呼ばれ、広く知られている(例えば特許文献1)。
そのような自動車に用いられる電子受動部品の一つである低抵抗金属固定抵抗器は、回路を流れる電流を検出する機能を有する重要部品である。
しかしながら、この方法が適用できるのは、突き合せ接合される被加工材が強固な側面壁を有する型材である場合であり、その側面壁を、回転自在な案内ローラーで突き合せ方向に加圧するものである。このため被加工材が薄板形状の場合には、被加工材の側縁部がローラーから加圧力を受けることで変形する。
更に被加工材は厚い型材のためツールの裏当てとなるローラーに線状に接触しているだけで攪拌接合ができるが、被加工材が薄板形状の場合にはツールから大きな荷重を受けるため厚み方向にも変形する。
このため特許文献4に記載の方法を適用することは難しい。
更に被加工材突き合わせ部は厚い型材のためツールの裏当てとなるローラーに線状に接触しているだけで攪拌接合ができるが、被加工材が薄板の場合にはツールから大きな荷重を受けるため厚み方向にも変形する。したがって薄板に特許文献5に記載の方法を適用することは難しい。
しかし接合時における側縁部の湾曲を防ぐために上記プロテクターを使用するのは機構が複雑になり、接合製品をコイル状に巻き取ることが困難になるという問題がある。また、プロテクターの費用もかかるので、生産コスト上好ましくない。また、帯板と帯板とを接合した二条の接合体に対し他の帯板を幅方向に接合して、3条又はそれ以上の条数の接合体を製造することが困難であるという問題もある。
更に被加工材はツールの裏当てとなるローラーに線状に接触しているだけのため、被加工材が薄板形状の場合には、ツールから大きな荷重を受けるため厚み方向にも変形する。このため被加工材が薄板形状の場合に特許文献6に記載の方法を適用することは難しい。
前記プローブが埋入される前記帯板1及び前記帯板2の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板1の側面と前記帯板2の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板1と帯板2が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板1と帯板2を幅方向に拘束した状態で、
前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板1と前記帯板2を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する帯板の接合体の製造方法である。
請求項1に記載の発明によれば、板厚の薄い帯板と帯板とを、接合が難しくなく簡易に、接合品質高く、プロテクターを使用する必要がなく、接合に際して帯板の変形が起こり難く、幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して接合帯板を製造することができる。また、長尺の帯板同士であっても、更に異質材料の帯板同士であっても、突き合わせ摩擦攪拌接合して接合体を製造することができる。
請求項2に記載の発明によれば、装置が簡単で安価なため、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い、帯板と帯板とを摩擦攪拌接合ができ、変形の無い接合帯板が安価に製造できる。
請求項3記載の発明は、プローブの埋入により前記側面が突き合わされた帯板1と帯板2が幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板1と帯板2を、前記裏当てに付設された幅方向拘束具により幅方向に拘束して摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項1または2に記載の帯板の接合体の製造方法である。
請求項3に記載の発明によれば、装置が簡単で安価なため、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い、帯板と帯板とを摩擦攪拌接合ができ、幅方向拘束具との相対速度を抑えることができるので簡易な装置で安定した品質の変形の無い接合帯板が安価に製造される。
前記プローブが埋入される前記帯板の接合体3及び帯板4の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板の接合体3の側面と前記帯板4の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板3と帯板4が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板の接合体3と帯板4を幅方向に拘束した状態で、
前記突き合わされた帯板の接合体3と帯板4との突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板の接合体3と前記帯板4を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する三条の帯板の接合体の製造方法である。
請求項4に記載の発明によれば、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い、帯板と帯板とを摩擦攪拌接合ができ、接合帯板にさらに帯板を逐次接合できるので、三条以上の接合帯板が製造できる。
前記プローブが埋入される前記全帯板の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板同士を側面と側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板の全体の幅が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板同士を幅方向に拘束した状態で、
前記帯板と帯板との各突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する3以上の複数の帯板の接合体の製造方法である。
請求項5に記載の発明によれば、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い、帯板と帯板とを摩擦攪拌接合ができ、三条以上の接合帯板が、短い製造ラインで製造できる。
請求項6に記載の発明によれば、薄い帯板と帯板とをプロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく摩擦攪拌接合ができ、接合品質の安定した接合帯板が製造できる。
巻き取られた帯板1を繰り出すアンコイラー1と、巻き取られた帯板2を繰り出すアンコイラー2と、
前記繰り出された両帯板の側面同士を突合せ、前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌ツールのプローブを埋入させ回転により攪拌し接合する摩擦攪拌装置と、
前記ツールによる前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための凸状の曲面を有する裏当てと、
前記帯板1の側面と前記帯板2の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせるための、帯板に帯板の長手方向に張力を付加する張力付加装置と、
前記側面が突き合わされた帯板1と帯板2が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板1と帯薄板2を幅方向に拘束する幅方向拘束具と、
前記摩擦攪拌ツールに対し相対的に突き合わせた帯板を帯板の長手方向に移動させる移動装置と、
を有する帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項7に記載の発明によれば、板厚の薄い帯板と帯板とを、接合が難しくなく簡易に、接合品質高く、プロテクターを使用する必要がなく、接合に際して帯板の変形が起こり難く、幅方向に突合わせ摩擦攪拌接合して接合帯板を製造することができる摩擦撹拌接合装置が提供される。また、長尺の帯板同士であっても、更に異質材料の帯板同士であっても、突き合わせ摩擦攪拌接合して接合体を製造することができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項8に記載の発明によれば、裏当て装置が簡単で安価なため、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い、帯板と帯板とを摩擦攪拌接合でき、安定した品質の変形の無い接合帯板が安価に製造できる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項9記載の発明は、側面同士が突き合わされた帯板1と帯板2とがプローブの埋入により突き合わせた帯板が幅方向に拡がらない様に、前記裏当てに幅方向拘束具が付設されている請求項7または8に記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項9に記載の発明によれば、更に、幅方向拘束具との相対速度を抑えることができるので幅方向の拡大を拘束することが簡単で安価なため、プロテクターを使用せずとも側縁部の変形なく、板厚の薄い帯板と帯板とを摩擦攪拌接合でき、簡易な装置で安定した品質の変形の無い接合帯板が安価に製造できる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項10に記載の発明によれば、更に、幅方向の拡大を回転ドラムに立設されたリブで拘束できるので側縁部の変形がなく、簡易、安価に安定した品質の変形の無い接合帯板が安価に製造できる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項11に記載の発明によれば、更に、歪みや捻じれがない接合帯板が製造できる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項12に記載の発明によれば、更に、帯板を摩擦撹拌ツールに対し確実に帯板の長さ方向に移動させることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項13に記載の発明によれば、更に、前記回転ドラムに前記帯板をより確実に沿わせることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項14に記載の発明によれば、更に、摩擦攪拌装置の摩擦撹拌ツールの回転軸の位置を帯板及び裏当てに対して変更できるので、安定した接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項15に記載の発明によれば、更に、裏当て用回転ドラムの回転軸の位置を変更できるので、接合条件を調整し、安定した接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項16記載の発明は、前記ツール回転軸が前記回転ドラムの回転軸よりもアンコイラー寄りであることを特徴とする請求項8乃至15のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項16に記載の発明によれば、更に、より安定した接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項17記載の発明は、前記摩擦攪拌接合部及び又は前記裏当ては、摩擦攪拌接合時の温度を一定に保つための温度調節機構を備えている請求項7乃至16のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置である。
請求項17に記載の発明によれば、季節変動、長時間運転に対しても安定した接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項18に記載の発明によれば、打ち抜き機構、切断機項、切削機構、研磨機構、圧延機構、又はプレス機構が付設されているのでライン中で前記各種加工が行える摩擦撹拌接合装置が提供される。
請求項19記載の発明は、前記摩擦攪拌ツールの材質が、Ni基化合物合金にてなることを特徴とする請求項7乃至18のいずれかに記載の帯板の連続摩擦攪拌接合装置である。
請求項19に記載の発明によれば、更に、摩擦攪拌ツールの材質が、Ni基化合物合金にてなるため、長尺の接合が、摩擦攪拌ツール交換の頻度が少なく連続してできる摩擦撹拌接合装置が提供される。
材質としては摩擦攪拌接合でき、可撓性を有すれば限られないが、金属又は合金及びそれらを母材とする複合材料が好ましく、鉄、鉄系合金、アルミ、アルミ合金、銅、銅合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金、鉄−ニッケル系合金、マンガン合金、Cu−Mn系合金、Ni−Cu系合金、Ni−Cr系合金、Fe−Cr系合金、Mn−Cu−Ni系合金、Pt−Pd−Ag系合金、Pd−Pt系合金、Au−Ag系合金、Au−Pt−Ag系合金、Mn−Cu−Ni系合金が例示される。
表面と裏面が平行であることが好ましく、断面形状は特に限られないが平行四辺形、台形等が好ましく、長方形がより好ましい。
また接合する帯板の板厚は同じである必要は必ずしもないが、厚み比は1.5倍以下であることが好ましい。
長さは後述する凸状の曲面を有する裏当ての曲面に張力をかけて沿わせることができる長さ以上あればよく、30cm〜500m、好ましくは、1m〜300m、より好ましくは5m〜200mである。
尚、以下のいずれの図においても、帯板1、帯板2及び接合体3は装置を構成するものではなく、装置の使用状態を説明するために描いたものである。
アンコイラー4に巻き取られた帯板1の突き合わせされる側の側面のなす平面と、アンコイラー5に巻き取られた帯板2の突き合わせされる側の側面のなす平面は同一の平面Fを形成し、両アンコイラーの回転軸41,51とリコイラーの回転軸81及び張力調整ローラー9の回転軸93と張力調整ローラー10の回転軸103は共に平面Fと垂直に交わっている。尚、前記ツール61の回転軸62は、接合が突き合わせ面上にある場合、すなわちツールオフセットが0の場合には、ツールの回転軸62も前記平面F上にある。
アンコイラーから帯板を繰り出すことに対する調整された抵抗力を有すれば、帯板に対し一定の張力を与えることができ、上記ピンチロールは不要となるため、上記アンコイラー4及び5には、帯板1及び2に張力を付与する張力付加装置機構を備えていることが好ましい。このような張力を付与する機構としては、例えば、モータの電磁力や、ブレーキによる摩擦などのトルクを発生、制御する機構が挙げられる。本実施の形態におけるアンコイラー4及び5には帯板1及び2に張力を付与する張力付加装置機構が備わっている。
更に、Niを主成分とし且つAl:2〜9原子%,V:10〜17原子%,(Ta及び/又はW):0.5〜8原子%,Nb:0〜6原子%,Co:0〜6原子%,Cr:0〜6原子%を含む合計100原子%の組成の合計重量に対してB:10〜1000重量ppmを含むNi基金属間化合物合金又は、更にReを含む合金が好ましい。本実施の形態ではNi基金属間化合物合金を用いている。
特に前記抵抗合金がCu86%、 Mn12%、Ni2%からなる合金であり、前記導電率の高い金属導体がCu(銅)である場合は銅の帯板をアドバンシングサイド(AD側又はAS側)に配して突き合わせ摩擦攪拌接合することが好ましい。
裏当てに沿わせる前後で帯板に長さ方向に張力をかけて沿わせることが、帯板が裏当ての凸状面に均一に密着するため好ましい。沿わせるために板の表面からローラー等で押しつけることを併用してもよい。
摩擦撹拌ツールの埋入される箇所の前後にわたって帯板の長さ方向に数mm〜数m、好ましくは10cm〜1m、より好ましくは、20cm〜50cm、帯板が裏当てに面接触していることが好ましい。面接触することにより、摩擦撹拌ツールからの荷重が分散され厚み方向の変形が有効に抑止されるからである。
更に面接触した状態では、裏当てに沿わされた帯板の側面を、摩擦撹拌ツール埋入による幅方向への拡大を阻止するため、帯板側面を幅方向に拘束する必要がある。有効に阻止できなければやはり変形を生じるからである。この場合帯板側面を点状に拘束すると応力が集中して帯板の側縁が変形しやすくなるが、少なくとも沿わされた側面全体を拘束することにより、側面の変形を有効に防ぐことができるという効果も有する。
帯板1の側面と帯板2の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、前記側面が突き合わされた帯板1と帯板2が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板1と帯板2を幅方向に拘束した状態で、前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入して接合する。
幅方向の拘束は、プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わされた帯板に対して行う。
幅方向に拘束する方法については限られず、例えば帯板の表面から、帯板の長さ方向に平行な回転軸を有する複数の回転する弾性圧力ローラーにより拡がるのを防ぐこともできる。
裏当ての凸状の面に、突き合わせた帯板の幅に略等しい幅で、深さが略帯板の厚さの溝を設け、溝中を突き合わせた帯板が溝中で凸状の面に沿わされた状態でツールを埋入させてもよいし、裏当ての凸状の面に両側に突き合わせた帯板の幅の間隔をあけた略帯板の厚さまたはそれ以上の厚さの帯体を設け、帯体間で突き合わせた帯板が溝中で凸状の面に沿わされた状態でツールを埋入させてもよい。
例えば、突き合わせた帯板が回転ドラムに沿わされた部分の片側面を幅方向に固定し、突きあわされた帯板の反対方向の側面から押圧する機構等が挙げられる。押圧する手段は限定されないが、例えば、ばね材を介して締め付け力を得る方法などが挙げられる。
リコイラーにおいても、巻き取り張力調整機構を有しているものが好ましいため、モータの電磁力や、ブレーキによる摩擦などのトルクを発生、制御する機構の調整機構が付設されている。別途張力を与える機構、例えばロールとロールで接合された帯板を挟みロールが回転することにより接合された帯板に張力を与えつつ接合された帯板の長さ方向に送るピンチローラーのようなものでもよいが、長尺の場合、後に巻き取る必要が生じるので、調整された巻き取り張力を有するリコイラーを用いることが簡易で好ましい、
このため、本実施の形態のリコイラー8は巻き取り力を有しその巻き取り力が調整可能にされている。リコイラー8の調整された巻き取り力により、帯板を裏当てに沿わせる一定の張力を付加することができ、かつアンコイラーと同調することにより、一定の張力を与えた状態で帯板を摩擦撹拌ツールに対し移動させることができる。
回転ドラムの回転軸の位置は帯板の長さ方向に対し、前後に移動可能にされている。後述するが、プローブの埋入される位置を裏当てに対し調整できるため好ましいからである。
図5(a)は凸状の曲面を有する裏当て7に帯板1と帯板2が側面が互いの側面を突き合わされて、裏当て7に対し両側斜め下方から張力により曲面に沿わされていて、そこに摩擦撹拌ツール本体611のプローブ(摩擦撹拌ツール本体611の先端にあり、帯板突き合わせ部に埋入されているため図ではプローブは見えない)が挿入されている状態の斜視図である。プローブが挿しこまれている部分における裏当て7に沿わされた帯板の表面には、裏当て7は幅方向成分が直線のため、プローブが挿しこまれている部分に接する接平面Hがあり、その接平面Hと摩擦撹拌ツール本体611の回転軸62とのなす角θが鈍角であることを示すものである。なお、簡潔にするため、幅方向の拡大を拘束するための幅方向拘束具は図では省略している。
図5では強調するためにθを過大にして示しているが、θは90°<θ<130°が好ましく、91°<θ<110°、より好ましくは、92°<θ<95°である。
本発明では突き合わせ接合するため、裏当てに帯板を沿わせる際に片方の帯板が他の帯板に乗り上げるという不具合が発生することがある。摩擦撹拌ツールを挿入すると、乗り上げを抑制する効果がある。この場合摩擦撹拌ツールの回転軸が帯板表面と垂直の場合には、ショルダーの前面が材料に挿入され過ぎるため、材料がえぐれてしまい乗り上げ抑制効果が小さい。この場合には乗り上げ防止のための機構を設けることが好ましい。一方摩擦撹拌ツールの回転軸と接平面のなす角度θを鈍角にすれば、乗り上げを効果的に抑止でき、乗り上げ防止のための機構がなくても乗り上げ無し接合できるからである。
よって、例えば凸状の曲面が円筒の側面状である回転ドラムの場合には、円筒側面の曲率中心はドラムの回転軸に一致するが、摩擦撹拌ツールのプローブを帯板に埋入する帯板の長さ方向の位置は、回転ドラムの中心よりも帯板の供給される側(アンコイラー側)に偏していることが好ましい。
本実施例では摩擦攪拌ツール61の摩擦撹拌ツール本体611の回転軸62は、回転軸62が沿直方向であるため、回転ドラム71の回転軸711よりもアンコイラー寄りに設置されている。
このため摩擦撹拌ツール回転軸と裏当てとの帯板の長さ方向の距離はこのため相対的に可変にされていることが好ましく、摩擦攪拌接合装置と、裏当てのいずれかまたはいずれもが移動可能にされていることが好ましい。
回転ドラムの温度を定温に維持できるよう、ヒーター及びチラーを運転する。
帯板1:材質は銅系のC1020。横幅は37mm。長さは100m。厚さは2.0mm。
帯板2:材質は、マンガニン。横幅は10mm。長さは100m。厚さは2.0mm。
回転ドラムの直径は、500mm。回転ドラムに接触した帯板の長さは、約500mm。
張力は、1kg重/mm2。
帯板の移動速度は、100mm/min。
摩擦撹拌ツール材質は、Ni基2重複相金属間化合物合金。
摩擦撹拌ツール本体611の回転軸62とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度θは94°。
直線Rと摩擦撹拌ツール本体611の回転軸62までの距離Sは17mm。
摩擦撹拌ツールの回転速度は、800rpm〜1200rpm。
摩擦撹拌ツールの荷重は、約500kg重。
回転ドラム温度は50℃。
連続摩擦攪拌接合装置300は、アンコイラー4に巻き取られた帯板1の突き合わせされる側の側面のなす平面と、アンコイラー5に巻き取られた帯板2の突き合わせされる側の側面のなす平面は同一の平面を形成し、両アンコイラーの回転軸41,51とリコイラーの回転軸81Aと張力調整ローラー9の回転軸と張力調整ローラー10の回転軸と張力調整ローラー9Aの回転軸93Aと張力調整ローラー10Aの回転軸103Aは共に前記の同一の平面と垂直に交わっている。尚、前記ツール61の回転軸62は、接合が突き合わせ面上にある場合、すなわちツールオフセットが0の場合には、ツールの回転軸62も前記同一の平面上にある。
リコイラー8Aの調整された巻き取り力により、帯板および接合された帯板を裏当てに沿わせるための一定の張力を付加することができ、かつ各アンコイラーと同調することにより、一定の張力を与えた状態で摩擦撹拌ツールに対し移動させることができる。
押圧する手法としては、ばね材を介して締め付け力を得る方法などが挙げられる。本実施の形態では図4に示したものと同様の機構が使用された。
回転ドラム71及び回転ドラム71Aの温度を設定する。
同時に、摩擦攪拌接合装置6Aの摩擦攪拌ツール61Aを回転させる。摩擦撹拌ツール61Aが一定の回転数に達した時点で摩擦撹拌ツール61Aを帯板方向に移動させて、プローブを帯板の突き合わせ部又はその近傍に埋入させ、プローブが埋入された部分及びショルダー面下を可塑化させる。
帯板1:材質は銅系のC1020。横幅は37mm。長さは100m。厚さは2.0mm。
帯板2:材質はマンガニン。横幅は10mm。長さは100m。厚さは2.0mm。
帯板2A:材質は銅系のC1020。横幅は37mm。長さは100m。厚さは2.0mm。
回転ドラム71及び回転ドラム71Aの直径は、500mm。回転ドラム71及び回転ドラム71Aに接触した帯板の長さは、約500mm。
張力は、1kg重/mm2。
帯板の移動速度は、100mm/min。
摩擦攪拌ツール61及び61Aの材質は、Ni基2重複相金属間化合物合金。
摩擦撹拌ツール61の回転軸62とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度θは94°。
直線Rと摩擦撹拌ツール61の回転軸62までの距離Sは17mm。
摩擦撹拌ツール本体611Aの回転軸62Aとプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度θは94°。
直線Rと摩擦撹拌ツール本体611Aの回転軸62Aまでの距離Sは17mm。
摩擦撹拌ツール61及び61Aの回転速度は、800rpm〜1200rpm。
摩擦撹拌ツール61及び61Aの荷重は、約500kg重。
回転ドラム71及び回転ドラム71Aの温度は50℃。
連続摩擦攪拌接合装置400は、アンコイラーに巻き取られた帯板1Bの突き合わせされる側の側面のなす平面と、他のアンコイラーに巻き取られた帯板2Bの突き合わせされる側の側面のなす平面は同一の平面を形成し、両アンコイラーの回転軸とリコイラーの回転軸と張力調整ローラー9Bの回転軸93Bと張力調整ローラー10Bの回転軸103Bは共に前記の同一の平面と垂直に交わっている。尚、前記ツール本体611Bの回転軸は、接合が突き合わせ面上にある場合、すなわちツールオフセットが0の場合には、前記ツール本体611Bの回転軸も前記同一の平面上にあり、この前記平面上に、帯板1Bの側面と、前記側面と突合せされる帯板2Bの側面の突合せ面P2を含む平面がある。
また、アンコイラーに巻き取られた帯板2Bの突き合わせされる側の側面のなす平面と、他のアンコイラーに巻き取られた帯板3Bの突き合わせされる側の側面のなす平面は同一の平面を形成し、両アンコイラーの回転軸とリコイラーの回転軸と張力調整ローラー9Bの回転軸93Bと張力調整ローラー10Bの回転軸103Bは共に前記の同一の平面と垂直に交わっている。尚、前記ツール本体621Bの回転軸は、接合が突き合わせ面上にある場合、すなわちツールオフセットが0の場合には、前記ツール本体621Bの回転軸も前記同一の平面上にあり、この前記平面上に、帯板2Bの側面と、前記側面と突合せされる帯板3Bの側面の突合せ面P3を含む平面がある。
共通張力調整ローラーで帯板に張力を付与するためには、3つのアンコイラーの位置(高さ)を適宜変えると共に、帯板を張力調整ローラーの下面を通すか、上面を通すかを考慮する必要がある。
ここで摩擦撹拌ツールを回転軸方向に移動させる駆動機構とは、装置の運転始動時においては摩擦撹拌ツールの先端にあるプローブを帯板から離しておき、摩擦撹拌ツールが一定の回転数に達した時点で摩擦撹拌ツールを帯板方向に移動させてプローブを埋入させるためのものである。
回転ドラムの温度を定温に維持できるよう、ヒーター及びチラーを運転した。
帯板1B:材質は銅系のC1020。横幅は37mm。長さは100m。厚さは2.0mm。
帯板2B:材質はマンガニン。横幅は10mm。長さは100m。厚さは2.0mm。帯板3B:材質は銅系のC1020。横幅は37mm。長さは100m。厚さは2.0mm。
回転ドラムの直径は、500mm。回転ドラムに接触した帯板1B、2B、3Bの長さは、約500mm。
張力は、1kg重/mm2。
帯板1B、2B、3Bの移動速度は、100mm/min。
摩擦撹拌ツール本体611B及び621Bの材質は、Ni基2重複相金属間化合物合金。
摩擦撹拌ツール本体611Bの回転軸とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度θは94°。
直線Rと摩擦撹拌ツール本体611Bの回転軸までの距離Sは17mm。
摩擦撹拌ツール本体621Bの回転軸とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度θは94°。
直線Rと摩擦撹拌ツール本体621Bの回転軸までの距離Sは17mm。
摩擦撹拌ツール本体611B及び621Bの回転速度は、800rpm〜1200rpm。
各摩擦撹拌ツールの荷重は、約500kg重。
回転ドラム温度は、50℃
1 帯板
11 帯板1の一の側面
12 帯板1の他の側面
2 帯板
21 帯板2の一の側面
22 帯板2の他の側面
3 接合体
4 アンコイラー
41(アンコイラーの)回転軸
42 モータ部
43 繰り出し部分
5 アンコイラー
51(アンコイラーの)回転軸
52 モータ部
53 繰り出し部分
6 摩擦攪拌接合装置
61 摩擦攪拌ツール
611 摩擦撹拌ツール本体
612 プローブ
613 ショルダー
62 回転軸
63 隙間
7 裏当て
71 回転ドラム
711 回転軸
712 回転ドラム本体
713 ドラム軸受け
714 ドラム軸受け台
715(回転ドラムの曲面状をしている)側面部分
716 (側面部分の)端部
720 リブ
730 バネ
731 ボルト
732 ナット
740 押し付け板
750 可動性のリブ
8 リコイラー
81(リコイラーの)回転軸
82モータ部
83 巻き取り部分
P 突合せ面
9 張力調整ローラー
91(張力調整ローラーの)外周面
92(外周面の)最低部
93 回転軸
10 張力調整ローラー
101(張力調整ローラーの)外周面
102(外周面の)最低部
103 回転軸
F 平面
H 接平面
O 回転軸711の中心
T 回転ドラムの頂点
R 直線
S 直線Rと摩擦撹拌ツール本体の回転軸までの距離
300 連続摩擦攪拌接合装置
2A 帯板
3A 接合体
5A アンコイラー
51A 回転軸
52A モータ部
53A 繰り出し部分
6A 摩擦撹拌接合装置
61A 摩擦攪拌ツール
611A 摩擦攪拌ツール本体
612A プローブ
62A 回転軸
7A 裏当て
71A 回転ドラム
711A 回転軸
8A リコイラー
81A (リコイラーの)回転軸
82A モータ部
83A 巻き取り部分
P1 接合体3の側面と、前記側面と突合せされる帯板2Aの側面との突合せ面
9A 張力調整ローラー
91A(張力調整ローラーの)外周面
92A(外周面の)最低部
93A 回転軸
10A 張力調整ローラー
101A(張力調整ローラーの)外周面
102A(外周面の)最低部
103A 回転軸
400 連続摩擦攪拌接合装置
1B,2B,3B 帯板
1B1 帯板1Bの突合せ面でない側面
3B1 帯板3Bの突合せ面でない側面
9B 張力調整ローラー
93B 回転軸
10B 張力調整ローラー
103B 回転軸
611B 摩擦攪拌ツール本体
621B 摩擦攪拌ツール本体
71B 回転ドラム
720B、721B リブ
7B 裏当て
123B 接合体
P2 帯板1Bの側面と、帯板2Bの側面との突合せ面
P3 帯板2Bの側面と、帯板3Bの側面との突合せ面
Claims (19)
- 帯板1と帯板2とを幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入させて帯板の接合体を製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記帯板1及び前記帯板2の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板1の側面と前記帯板2の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板1と帯板2が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板1と帯板2を幅方向に拘束した状態で、
前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板1と前記帯板2を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する帯板の接合体の製造方法。 - 前記凸状の曲面を有する裏当てが回転ドラムであることを特徴とする請求項1記載の帯板の接合体の製造方法。
- プローブの埋入により前記側面が突き合わされた帯板1と帯板2が幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板1と帯板2を、前記裏当てに付設された幅方向拘束具により幅方向に拘束して摩擦攪拌接合することを特徴とする請求項1または2に記載の帯板の接合体の製造方法。
- 帯板の接合体3と、帯板4とを幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入させて三条の帯板の接合体を製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記帯板の接合体3及び帯板4の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板の接合体3の側面と前記帯板4の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板3と帯板4が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板の接合体3と帯板4を幅方向に拘束した状態で、
前記突き合わされた帯板の接合体3と帯板4との突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板の接合体3と前記帯板4を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する三条の帯板の接合体の製造方法。 - 3以上の複数の帯板を各帯板の幅方向に突き合わせて、摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入させて3以上の複数の帯板の接合体を一挙に製造する方法であって、
前記プローブが埋入される前記全帯板の裏側に凸状の曲面を有する裏当てをあてがい、
前記帯板同士を側面と側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせて、
前記側面が突き合わされた帯板の全体の幅が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板同士を幅方向に拘束した状態で、
前記帯板と帯板との各突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌接合用のツールのプローブを埋入し、プローブに対し相対的に前記帯板を帯板の長手方向に移動させて、摩擦攪拌接合する3以上の複数の帯板の接合体の製造方法。 - 摩擦撹拌ツールの回転軸とプローブが帯板に埋入される帯板の接平面とのなす角度が鈍角をなすことを特徴とする、請求項1乃至5に記載の帯板の接合体の製造方法。
- 帯板を突き合わせて摩擦攪拌接合する接合装置であって、
巻き取られた帯板1を繰り出すアンコイラー1と、巻き取られた帯板2を繰り出すアンコイラー2と、
前記繰り出された両帯板の側面同士を突合せ、前記突き合わせ部またはその近傍に摩擦攪拌ツールのプローブを埋入させ回転により攪拌し接合する摩擦攪拌装置と、
前記ツールによる前記帯板に対する押圧を帯板の裏面から支えるための凸状の曲面を有する裏当てと、
前記帯板1の側面と前記帯板2の側面とを突き合せて前記プローブが埋入される前後にわたり前記裏当ての凸状の曲面に沿わせるための、帯板に帯板の長手方向に張力を付加する張力付加装置と、
前記側面が突き合わされた帯板1と帯板2が前記プローブの埋入により幅方向に拡がらない様に、前記突き合わされた帯板1と帯薄板2を幅方向に拘束する幅方向拘束具と、
前記摩擦攪拌ツールに対し相対的に突き合わせた帯板を帯板の長手方向に移動させる移動装置と、
を有する帯板の摩擦攪拌接合装置。 - 凸状の曲面を有する裏当てが回転ドラムである請求項7記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- 側面同士が突き合わされた帯板1と帯板2とがプローブの埋入により突き合わせた帯板が幅方向に拡がらない様に、前記裏当てに幅方向拘束具が付設されている請求項7または8に記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- 前記幅方向拘束具が、回転ドラムの回転軸に垂直な方向に立設された一のリブと、突き合わせた帯板を挟んで回転ドラムの回転軸に垂直な方向に立設された他のリブと、前記突き合わせた帯板がプローブの埋入により幅方向に拡がらない様に前記リブ間の距離を拘束する拘束具にてなることを特徴とする請求項9記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- アンコイラー1に巻き取られている帯板1の突き合わせされる側の側面のなす平面と、アンコイラー2に巻き取られている帯板2の突き合わせされる側の側面のなす平面とが同一の平面を形成し、かつアンコイラー1の回転軸及びアンコイラー2の回転軸が前記同一の平面と垂直に交わることを特徴とする請求項7乃至10のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- 前記裏当てよりも帯板の下流側に突き合せ接合された帯板を巻き取るリコイラー又はピンチローラーを備え、前記リコイラー又は前記ピンチローラーには、帯板に張力を付与しつつ帯板を下流方向に移動させる機構を備えていることを特徴とする、請求項7乃至11のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- 前記アンコイラーの帯板の繰り出し部分と前記帯板が前記裏当てと接する部分との間に、前記繰り出された帯板が前記ツールの埋入部よりも前記アンコイラーの帯板の繰り出し側に近い部分で裏当てに沿わせるための張力調整ローラーを有し、前記張力調整ローラーは、前記帯板1、2に、前記裏当てに近づける方向に押圧力を付加して、前記回転ドラムに前記帯板1、2を沿わせることを特徴とする請求項8乃至12のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- 前記摩擦攪拌接合装置は摩擦攪拌ツール、摩擦攪拌ツールを回転させる駆動機構、摩擦攪拌ツールを回転軸方向に移動させる駆動機構、摩擦攪拌ツールを埋入させるために回転軸方向に荷重を加える荷重機構を備えると共に、帯板の長手方向及び又は幅方向に摩擦攪拌ツールの回転軸の位置を変更しうるように摩擦攪拌ツールの回転軸位置変更駆動機構を有することを特徴とする請求項7乃至13のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- 前記回転ドラムが回転軸の位置が帯板の長手方向に変更可能になるよう位置調整機構を有していることを特徴とする請求項8乃至14のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- 前記ツール回転軸が前記回転ドラムの回転軸よりもアンコイラー寄りであることを特徴とする請求項8乃至15のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- 前記摩擦攪拌接合部及び又は前記裏当ては、摩擦攪拌接合時の温度を一定に保つための温度調節機構を備えている請求項7乃至16のいずれかに記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- 前記リコイラー又は前記ピンチローラーの下流側に、接合された帯板を打ち抜く打ち抜き機構、切断する切断機項、切削する切削機構、研磨する研磨機構、圧延する圧延機構又はプレスするプレス機構が付帯されている請求項12に記載の帯板の摩擦攪拌接合装置。
- 前記摩擦攪拌ツールの材質が、Ni基化合物合金にてなることを特徴とする請求項7乃至18のいずれかに記載の帯板の連続摩擦攪拌接合装置。
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