JP3505508B2 - 摩擦攪拌接合装置 - Google Patents
摩擦攪拌接合装置Info
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- shaft
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- shaped pin
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
- B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
- B23K20/122—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
- B23K20/1245—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- B23K20/128—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding making use of additional material
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転による摩擦熱
で被接合物を軟化、攪拌して接合する摩擦攪拌接合装置
に関する。
で被接合物を軟化、攪拌して接合する摩擦攪拌接合装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】摩擦攪拌接合では、先端にピンを有する
回転子を高速で回転させながら、ピンをワークに挿入
し、摩擦熱でワークを軟化、攪拌して接合する。従来の
摩擦攪拌接合、特にスポット接合において、回転子を引
き上げて、埋入していたピンを抜き出すと、該接合部位
には、ピンに対応した空洞が生じる。
回転子を高速で回転させながら、ピンをワークに挿入
し、摩擦熱でワークを軟化、攪拌して接合する。従来の
摩擦攪拌接合、特にスポット接合において、回転子を引
き上げて、埋入していたピンを抜き出すと、該接合部位
には、ピンに対応した空洞が生じる。
【０００３】このように空洞部が形成されると、この空
洞部分に応力が集中し、接合強度が低下する。特に、疲
労破壊が生じやすい。また、外観も悪化し、美観上好ま
しくなく、汚れも入る。このように、用途面で様々な支
障を来たし、製品品質上問題となっていた。
洞部分に応力が集中し、接合強度が低下する。特に、疲
労破壊が生じやすい。また、外観も悪化し、美観上好ま
しくなく、汚れも入る。このように、用途面で様々な支
障を来たし、製品品質上問題となっていた。
【０００４】このような問題に鑑み、本件発明者は、ピ
ンを可動とし、接合後にピンを引き抜き、その後再押圧
することで、空洞の形成を抑制する方法を提案した。
ンを可動とし、接合後にピンを引き抜き、その後再押圧
することで、空洞の形成を抑制する方法を提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たピンを引き抜く方法では、ピンを抜く動作と再押圧動
作には時間的なずれがあるため、この時間分、接合に要
する時間が長くなっていた。また、一旦ピンを引き抜く
と、母材が冷却され、充分に空洞を埋めることができな
い場合がある。
たピンを引き抜く方法では、ピンを抜く動作と再押圧動
作には時間的なずれがあるため、この時間分、接合に要
する時間が長くなっていた。また、一旦ピンを引き抜く
と、母材が冷却され、充分に空洞を埋めることができな
い場合がある。
【０００６】本発明の目的は、短時間で空洞を埋めて接
合することができる摩擦攪拌接合装置を提供することで
ある。
合することができる摩擦攪拌接合装置を提供することで
ある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、高速回転する
回転子を回転軸線方向に移動させ、回転子先端部を被接
合物に押圧し、回転子先端部と前記被接合物との接触部
を、回転による摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を
接合する摩擦攪拌接合装置において、前記回転子は、回
転子に挿通され、回転軸線方向に相対直進移動可能に設
けられる軸状のピンを有し、被接合物をスポット接合
し、接合終了時に、被接合物を押圧した状態で、前記軸
状のピンを相対移動させ、回転子の回転、および前記軸
状のピンの回転子に対する相対直進移動は、同一の駆動
源によって行なわれることを特徴とする摩擦攪拌接合装
置である。
回転子を回転軸線方向に移動させ、回転子先端部を被接
合物に押圧し、回転子先端部と前記被接合物との接触部
を、回転による摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を
接合する摩擦攪拌接合装置において、前記回転子は、回
転子に挿通され、回転軸線方向に相対直進移動可能に設
けられる軸状のピンを有し、被接合物をスポット接合
し、接合終了時に、被接合物を押圧した状態で、前記軸
状のピンを相対移動させ、回転子の回転、および前記軸
状のピンの回転子に対する相対直進移動は、同一の駆動
源によって行なわれることを特徴とする摩擦攪拌接合装
置である。
【０００８】本発明に従えば、軸状のピンが回転子に相
対直進移動可能に挿通され、接合終了時に、軸状のピン
を引き抜く。ここで、本発明では、回転子先端で被接合
物を押圧した状態で引き抜くので、軸状のピンが引き抜
かれた空間に周囲の母材が流れ込み、軸状のピンを引き
抜いた後の空洞が埋められる。このように、前述した従
来技術よりも速く空洞を埋めることができる。また、一
旦引き抜いてから空洞を埋めるのでなく、押圧した状態
で軸状のピンを引き抜くので、軟化した母材が冷却され
て硬化することなく、確実に空洞を埋めることができ
る。
対直進移動可能に挿通され、接合終了時に、軸状のピン
を引き抜く。ここで、本発明では、回転子先端で被接合
物を押圧した状態で引き抜くので、軸状のピンが引き抜
かれた空間に周囲の母材が流れ込み、軸状のピンを引き
抜いた後の空洞が埋められる。このように、前述した従
来技術よりも速く空洞を埋めることができる。また、一
旦引き抜いてから空洞を埋めるのでなく、押圧した状態
で軸状のピンを引き抜くので、軟化した母材が冷却され
て硬化することなく、確実に空洞を埋めることができ
る。
【０００９】
【００１０】 また、駆動源を共通とすることで、装置
自体の重量を軽減し、また製造コストも削減することが
できる。
自体の重量を軽減し、また製造コストも削減することが
できる。
【００１１】 また本発明は、回転子先端に、円筒状の
リング部が形成され、前記軸状のピンは、リング部に変
位可能に挿入される内軸であることを特徴とする。また
本発明は、高速回転する回転子を回転軸線方向に移動さ
せ、回転子先端部を被接合物に押圧し、回転子先端部と
前記被接合物との接触部を、回転による摩擦熱で軟化さ
せ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置にお
いて、前記回転子は、回転子に挿通され、回転軸線方向
に相対直進移動可能に設けられる軸状のピンを有し、被
接合物をスポット接合し、接合終了時に、被接合物を押
圧した状態で、前記軸状のピンを相対移動させ、回転子
先端に、円筒状のリング部が形成され、前記軸状のピン
は、リング部に変位可能に挿入される内軸であることを
特徴とする摩擦攪拌接合装置である。
リング部が形成され、前記軸状のピンは、リング部に変
位可能に挿入される内軸であることを特徴とする。また
本発明は、高速回転する回転子を回転軸線方向に移動さ
せ、回転子先端部を被接合物に押圧し、回転子先端部と
前記被接合物との接触部を、回転による摩擦熱で軟化さ
せ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置にお
いて、前記回転子は、回転子に挿通され、回転軸線方向
に相対直進移動可能に設けられる軸状のピンを有し、被
接合物をスポット接合し、接合終了時に、被接合物を押
圧した状態で、前記軸状のピンを相対移動させ、回転子
先端に、円筒状のリング部が形成され、前記軸状のピン
は、リング部に変位可能に挿入される内軸であることを
特徴とする摩擦攪拌接合装置である。
【００１２】本発明に従えば、回転子先端にリング部が
設けられるリング型の摩擦攪拌接合装置にも本発明を適
用することができる。
設けられるリング型の摩擦攪拌接合装置にも本発明を適
用することができる。
【００１３】 また本発明は、高速回転する回転子を回
転軸線方向に移動させ、回転子先端部を被接合物に押圧
し、回転子先端部と前記被接合物との接触部を、回転に
よる摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を連続接合す
る摩擦攪拌接合装置において、前記回転子は、回転子に
挿通され、回転軸線方向に相対直進移動可能に設けられ
る軸状のピンを有し、回転子の回転、および前記軸状の
ピンの回転子に対する相対直進移動は、同一の駆動源に
よって行なわれ、接合終了時に、被接合物を押圧した状
態で、前記軸状のピンを相対移動させることを特徴とす
る摩擦攪拌接合装置である。
転軸線方向に移動させ、回転子先端部を被接合物に押圧
し、回転子先端部と前記被接合物との接触部を、回転に
よる摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を連続接合す
る摩擦攪拌接合装置において、前記回転子は、回転子に
挿通され、回転軸線方向に相対直進移動可能に設けられ
る軸状のピンを有し、回転子の回転、および前記軸状の
ピンの回転子に対する相対直進移動は、同一の駆動源に
よって行なわれ、接合終了時に、被接合物を押圧した状
態で、前記軸状のピンを相対移動させることを特徴とす
る摩擦攪拌接合装置である。
【００１４】本発明に従えば、連続接合においても、回
転子先端による被接合物の押圧を維持した状態で軸状の
ピンを引き抜くので、軸状のピンが引き抜かれた空間に
周囲の母材が流れ込み、軸状のピンを引き抜いた後の空
洞が埋められる。このように、前述した従来技術よりも
速く空洞を埋めることができる。また、一旦引き抜いて
から空洞を埋めるのでなく、押圧した状態で軸状のピン
を引き抜くので、軟化した母材が冷却されて硬化するこ
となく、確実に空洞を埋めることができる。また、駆動
源を共通とすることで、装置自体の重量を軽減し、製造
コストも削減することができる。
転子先端による被接合物の押圧を維持した状態で軸状の
ピンを引き抜くので、軸状のピンが引き抜かれた空間に
周囲の母材が流れ込み、軸状のピンを引き抜いた後の空
洞が埋められる。このように、前述した従来技術よりも
速く空洞を埋めることができる。また、一旦引き抜いて
から空洞を埋めるのでなく、押圧した状態で軸状のピン
を引き抜くので、軟化した母材が冷却されて硬化するこ
となく、確実に空洞を埋めることができる。また、駆動
源を共通とすることで、装置自体の重量を軽減し、製造
コストも削減することができる。
【００１５】 また本発明は、回転子と軸状のピンとが
一体となって直進移動する一体移動状態と、回転子と軸
状のピンとが相対移動する相対移動状態とが、ブレーキ
機構またはクラッチ機構によって切り換えられることを
特徴とする。また本発明は、高速回転する回転子を回転
軸線方向に移動させ、回転子先端部を被接合物に押圧
し、回転子先端部と前記被接合物との接触部を、回転に
よる摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩
擦攪拌接合装置において、前記回転子は、回転子に挿通
され、回転軸線方向に相対直進移動可能に設けられる軸
状のピンを有し、被接合物をスポット接合し、接合終了
時に、被接合物を押圧した状態で、前記軸状のピンを相
対移動させ、回転子と軸状のピンとが一体となって直進
移動する一体移動状態と、回転子と軸状のピンとが相対
移動する相対移動状態とが、ブレーキ機構またはクラッ
チ機構によって切り換えられることを特徴とする摩擦攪
拌接合装置である。
一体となって直進移動する一体移動状態と、回転子と軸
状のピンとが相対移動する相対移動状態とが、ブレーキ
機構またはクラッチ機構によって切り換えられることを
特徴とする。また本発明は、高速回転する回転子を回転
軸線方向に移動させ、回転子先端部を被接合物に押圧
し、回転子先端部と前記被接合物との接触部を、回転に
よる摩擦熱で軟化させ、攪拌して被接合物を接合する摩
擦攪拌接合装置において、前記回転子は、回転子に挿通
され、回転軸線方向に相対直進移動可能に設けられる軸
状のピンを有し、被接合物をスポット接合し、接合終了
時に、被接合物を押圧した状態で、前記軸状のピンを相
対移動させ、回転子と軸状のピンとが一体となって直進
移動する一体移動状態と、回転子と軸状のピンとが相対
移動する相対移動状態とが、ブレーキ機構またはクラッ
チ機構によって切り換えられることを特徴とする摩擦攪
拌接合装置である。
【００１６】本発明に従えば、ブレーキ機構またはクラ
ッチ機構など、簡単な構成で一体移動状態と相対移動状
態とを切り換えることができる。
ッチ機構など、簡単な構成で一体移動状態と相対移動状
態とを切り換えることができる。
【００１７】 また本発明は、回転子の回転方向を切り
換えることで、前記相対移動の方向が切り換えられるこ
とを特徴とする。
換えることで、前記相対移動の方向が切り換えられるこ
とを特徴とする。
【００１８】本発明に従えば、回転子の回転方向を切り
換えることで、一体移動状態と相対移動状態とが切り換
えられるので、接合制御が容易となる。
換えることで、一体移動状態と相対移動状態とが切り換
えられるので、接合制御が容易となる。
【００１９】 また本発明は、接合終了時には、回転子
先端が平坦となるまで軸状のピンを移動させて押圧する
ことを特徴とする。
先端が平坦となるまで軸状のピンを移動させて押圧する
ことを特徴とする。
【００２０】本発明に従えば、平坦となった回転子先端
で押圧することで、接合語のワーク表面を平坦とし、美
観を向上させることが可能となる。
で押圧することで、接合語のワーク表面を平坦とし、美
観を向上させることが可能となる。
【００２１】 また本発明は、回転子先端が平坦となる
まで軸状のピンを移動させた後、所定時間押圧すること
を特徴とする。
まで軸状のピンを移動させた後、所定時間押圧すること
を特徴とする。
【００２２】本発明に従えば、回転子先端を平坦にした
状態で、所定時間押圧することにより、さらに確実に空
洞を埋め、凹所を防ぐことができる。
状態で、所定時間押圧することにより、さらに確実に空
洞を埋め、凹所を防ぐことができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】図１は、本発明に実施の一形態で
ある摩擦攪拌接合装置１の構成を示す図である。摩擦攪
拌接合装置１は、たとえば６軸垂直多関節型ロボットの
手首に装着され、接合ガンとして用いられる。
ある摩擦攪拌接合装置１の構成を示す図である。摩擦攪
拌接合装置１は、たとえば６軸垂直多関節型ロボットの
手首に装着され、接合ガンとして用いられる。
【００２４】摩擦攪拌接合装置１は、回転子２、回転用
モータ３、直進用モータ４および、これらを支持するガ
ンアーム（図示せず）を備え、ガンアームがロボットの
手首に装着される。回転子２は、回転子保持部材５に保
持され、回転軸線Ｌまわりに回転自在で、かつ回転軸線
Ｌ方向に移動可能にガンアームに支持される。回転用モ
ータ３は、本実施形態ではインダクションモータからな
り、ガンアームに固定され、回転子２を回転軸線Ｌまわ
りに回転駆動する。直進用モータ４は、本実施形態では
サーボモータであり、ガンアームに固定され、回転子２
を、回転軸線Ｌ方向に直進駆動する。
モータ３、直進用モータ４および、これらを支持するガ
ンアーム（図示せず）を備え、ガンアームがロボットの
手首に装着される。回転子２は、回転子保持部材５に保
持され、回転軸線Ｌまわりに回転自在で、かつ回転軸線
Ｌ方向に移動可能にガンアームに支持される。回転用モ
ータ３は、本実施形態ではインダクションモータからな
り、ガンアームに固定され、回転子２を回転軸線Ｌまわ
りに回転駆動する。直進用モータ４は、本実施形態では
サーボモータであり、ガンアームに固定され、回転子２
を、回転軸線Ｌ方向に直進駆動する。
【００２５】回転子保持部材５は、円柱状であり、下端
部に回転子２が、回転軸線Ｌを同軸として装着されて固
定される。この回転子保持部材５の外周部には、スプラ
イン１０が形成され、スプライン受け１１によって受け
られる。スプライン受け１１は、軸受け１２によって、
ガンアームに固定支持される。スプライン受け１１の外
周にはベルト車が固定され、また、回転用モータ３の出
力軸にもベルト車１４が固定される。このベルト車１４
からスプライン受け１１のベルト車にわたってＶベルト
が巻きかけられる。このような構成によって、回転用モ
ータ３を駆動させることによって、回転子２を回転軸線
Ｌまわりに高速で回転駆動することができる。また、ス
プライン１０を介して回転力が伝達されるため、回転駆
動しながら回転軸線Ｌに沿う直進移動を許容することが
できる。
部に回転子２が、回転軸線Ｌを同軸として装着されて固
定される。この回転子保持部材５の外周部には、スプラ
イン１０が形成され、スプライン受け１１によって受け
られる。スプライン受け１１は、軸受け１２によって、
ガンアームに固定支持される。スプライン受け１１の外
周にはベルト車が固定され、また、回転用モータ３の出
力軸にもベルト車１４が固定される。このベルト車１４
からスプライン受け１１のベルト車にわたってＶベルト
が巻きかけられる。このような構成によって、回転用モ
ータ３を駆動させることによって、回転子２を回転軸線
Ｌまわりに高速で回転駆動することができる。また、ス
プライン１０を介して回転力が伝達されるため、回転駆
動しながら回転軸線Ｌに沿う直進移動を許容することが
できる。
【００２６】回転子保持部材５の下端部には、直進駆動
部材２０が装着される。直進駆動部材２０は、円筒状で
あり、回転子保持部材５に対して一対の軸受け２１を介
し、回転軸線Ｌまわりに回転自在で、かつ回転軸線Ｌ方
向への変位が阻止されて連結される。この直線駆動部材
２０の外周には外ネジが形成されており、リング状の内
ネジ部材２２が、直進駆動部材２０の外ネジに螺合す
る。この内ネジ部材２２は、ガンアームに固定される軸
受け２３を介して、ガンアームに、回転軸線Ｌまわりに
回転自在に取り付けられる。
部材２０が装着される。直進駆動部材２０は、円筒状で
あり、回転子保持部材５に対して一対の軸受け２１を介
し、回転軸線Ｌまわりに回転自在で、かつ回転軸線Ｌ方
向への変位が阻止されて連結される。この直線駆動部材
２０の外周には外ネジが形成されており、リング状の内
ネジ部材２２が、直進駆動部材２０の外ネジに螺合す
る。この内ネジ部材２２は、ガンアームに固定される軸
受け２３を介して、ガンアームに、回転軸線Ｌまわりに
回転自在に取り付けられる。
【００２７】この内ネジ部材２２の外周には有歯ベルト
車が固定される。また、直進用モータ４の出力軸にも有
歯ベルト車２４が固定され、この有歯ベルト車２４から
内ネジ部材２２の有歯ベルト車にわたってタイミングベ
ルト２５が巻き掛けられる。また、直進駆動部材２０の
外周部には、回転軸線Ｌに平行な溝２７が形成されてい
る。直進駆動部材２０の外周には、リング状で、直進駆
動部材２０を外囲し、前記溝２７に嵌りこむ凸部を有す
る周り止めリング２６（図２参照）が、ガンアームに固
定支持される。これによって、直進駆動部材２０が回転
軸線Ｌまわりに回転することが防がれる。
車が固定される。また、直進用モータ４の出力軸にも有
歯ベルト車２４が固定され、この有歯ベルト車２４から
内ネジ部材２２の有歯ベルト車にわたってタイミングベ
ルト２５が巻き掛けられる。また、直進駆動部材２０の
外周部には、回転軸線Ｌに平行な溝２７が形成されてい
る。直進駆動部材２０の外周には、リング状で、直進駆
動部材２０を外囲し、前記溝２７に嵌りこむ凸部を有す
る周り止めリング２６（図２参照）が、ガンアームに固
定支持される。これによって、直進駆動部材２０が回転
軸線Ｌまわりに回転することが防がれる。
【００２８】直進用モータ４を駆動させることで、タイ
ミングベルト２５を介して、内ネジ部材２２が回転駆動
し、これに螺合する直進駆動部材２０が回転軸線Ｌ方向
に直進移動し、これによって回転子保持部材５および回
転子２が回転軸線Ｌ方向に直進移動する。また、直進駆
動部材２０と回転子保持部材５とは軸受け２１を介して
連結されているので、回転子２および回転子保持部材２
０が回転軸線Ｌまわりに高速で回転駆動しながら、回転
軸線Ｌ方向に直進移動させることができる。また、回転
子２および回転子保持部材５に直進駆動力を与える直進
駆動部材２０は、回転軸線Ｌを共通の軸線として直進力
を与えるので、力の伝達効率が良好である。
ミングベルト２５を介して、内ネジ部材２２が回転駆動
し、これに螺合する直進駆動部材２０が回転軸線Ｌ方向
に直進移動し、これによって回転子保持部材５および回
転子２が回転軸線Ｌ方向に直進移動する。また、直進駆
動部材２０と回転子保持部材５とは軸受け２１を介して
連結されているので、回転子２および回転子保持部材２
０が回転軸線Ｌまわりに高速で回転駆動しながら、回転
軸線Ｌ方向に直進移動させることができる。また、回転
子２および回転子保持部材５に直進駆動力を与える直進
駆動部材２０は、回転軸線Ｌを共通の軸線として直進力
を与えるので、力の伝達効率が良好である。
【００２９】また、回転子保持部材５の中央部には、ス
プライン受け２９が回転子保持部材５に嵌り込む。この
スプライン受け２９は、軸受け２８によってガンアーム
に回転自在に支持される。このような構成により、回転
子保持部材５が回転軸性Ｌ方向に直進移動可能で、かつ
回転軸線Ｌまわりに回転可能に支持される。
プライン受け２９が回転子保持部材５に嵌り込む。この
スプライン受け２９は、軸受け２８によってガンアーム
に回転自在に支持される。このような構成により、回転
子保持部材５が回転軸性Ｌ方向に直進移動可能で、かつ
回転軸線Ｌまわりに回転可能に支持される。
【００３０】回転子２および回転子保持部材５には、回
転軸線Ｌに沿って挿通孔３５が形成され、この挿通孔３
５に軸状のピンであるピン軸３６が挿通される。このピ
ン軸３６は、回転子保持部材５の後端（図１の上端）か
ら回転子２の先端にわたって挿通し、回転軸線Ｌに沿っ
て回転子２および回転子保持部材５に対して相対直進移
動可能に設けられる。
転軸線Ｌに沿って挿通孔３５が形成され、この挿通孔３
５に軸状のピンであるピン軸３６が挿通される。このピ
ン軸３６は、回転子保持部材５の後端（図１の上端）か
ら回転子２の先端にわたって挿通し、回転軸線Ｌに沿っ
て回転子２および回転子保持部材５に対して相対直進移
動可能に設けられる。
【００３１】回転子保持部材の後端には、前記ピン軸３
６が連結されてピン軸３６と一体となる円柱状の軸駆動
部材３７が設けられる。この軸駆動部材３７の外周部に
は、外ネジが形成される。また、回転子保持部材５の後
端部には、軸駆動部材３７の外ネジに螺合する内ネジ部
材３８が固定される。駆動部材３７は、回転軸線Ｌを中
心とする円柱状であり、後部（図１の上部）にスプライ
ン軸３９が挿入される。つまり、駆動部材３７の後部に
スプライン受けが形成された挿入孔が、回転軸線Ｌに沿
って形成され、この挿入孔にスプライン軸３９が、回転
軸線Ｌ方向に変位可能で、回転軸線Ｌまわりの回転が阻
止されて挿入される。
６が連結されてピン軸３６と一体となる円柱状の軸駆動
部材３７が設けられる。この軸駆動部材３７の外周部に
は、外ネジが形成される。また、回転子保持部材５の後
端部には、軸駆動部材３７の外ネジに螺合する内ネジ部
材３８が固定される。駆動部材３７は、回転軸線Ｌを中
心とする円柱状であり、後部（図１の上部）にスプライ
ン軸３９が挿入される。つまり、駆動部材３７の後部に
スプライン受けが形成された挿入孔が、回転軸線Ｌに沿
って形成され、この挿入孔にスプライン軸３９が、回転
軸線Ｌ方向に変位可能で、回転軸線Ｌまわりの回転が阻
止されて挿入される。
【００３２】スプライン軸３９の後端部にはユニバーサ
ルジョイント４０を介して電磁ブレーキ４１が連結され
る。この電磁ブレーキ４１はガンアームに固定され、Ｏ
Ｎされて励磁されると、スプライン軸３９の回転を阻止
し、ＯＦＦされるとスプライン軸３９の回転を許容す
る。
ルジョイント４０を介して電磁ブレーキ４１が連結され
る。この電磁ブレーキ４１はガンアームに固定され、Ｏ
Ｎされて励磁されると、スプライン軸３９の回転を阻止
し、ＯＦＦされるとスプライン軸３９の回転を許容す
る。
【００３３】回転子２先端は、円錐状となり、先端部に
円柱状のショルダー部５０が形成され、このショルダー
部５０の端面中央に挿通孔３５が開口している。ピン軸
３６が先端側に直進移動すると、ショルダー部５０の端
面からピン軸が突出する。この突出したピン軸３６が突
出部であり、摩擦攪拌接合時に、この突出したピン軸３
６がワークに挿入される。ピン軸３６は、ピン軸先端が
突出した突出状態と、ピン軸が退避して、ピン軸先端と
ショルダー部５０の端面とが面一となる面一状態の２つ
の状態に切り換わることができる。この切り換わりは、
回転子保持部材５の後端部に設けられる切り換え機構５
１によって行なわれる。
円柱状のショルダー部５０が形成され、このショルダー
部５０の端面中央に挿通孔３５が開口している。ピン軸
３６が先端側に直進移動すると、ショルダー部５０の端
面からピン軸が突出する。この突出したピン軸３６が突
出部であり、摩擦攪拌接合時に、この突出したピン軸３
６がワークに挿入される。ピン軸３６は、ピン軸先端が
突出した突出状態と、ピン軸が退避して、ピン軸先端と
ショルダー部５０の端面とが面一となる面一状態の２つ
の状態に切り換わることができる。この切り換わりは、
回転子保持部材５の後端部に設けられる切り換え機構５
１によって行なわれる。
【００３４】図３は、切り換え機構５１を示す拡大図で
ある。切り換え機構５１は、回転子保持部材５の後端部
に形成される空間４７を有し、軸駆動部材３７は、下端
部が空間４７に露出する。軸駆動部材３７の下端部には
フランジが形成され、このフランジがストッパ４５とし
て機能する。
ある。切り換え機構５１は、回転子保持部材５の後端部
に形成される空間４７を有し、軸駆動部材３７は、下端
部が空間４７に露出する。軸駆動部材３７の下端部には
フランジが形成され、このフランジがストッパ４５とし
て機能する。
【００３５】回転子保持部材５は、回転用モータ３によ
って回転軸線Ｌまわりに回転する。このとき、前記クラ
ッチがＯＦＦされている場合には、軸駆動部材３７も回
転子保持部材５とともに回転する。
って回転軸線Ｌまわりに回転する。このとき、前記クラ
ッチがＯＦＦされている場合には、軸駆動部材３７も回
転子保持部材５とともに回転する。
【００３６】電磁ブレーキをＯＮすると、軸駆動部材３
７の回転が停止する。つまり、軸駆動部材３７が回転子
保持部材５のねじ部材３８に対して回転することにな
り、これによって、軸駆動部材３７およびピン軸３６が
回転子保持部材５および回転子２に対して軸線Ｌに沿っ
て相対的に直進移動することになる。
７の回転が停止する。つまり、軸駆動部材３７が回転子
保持部材５のねじ部材３８に対して回転することにな
り、これによって、軸駆動部材３７およびピン軸３６が
回転子保持部材５および回転子２に対して軸線Ｌに沿っ
て相対的に直進移動することになる。
【００３７】このような相対移動状態で、軸駆動部材３
７のストッパ４５が、空間４７の下面４８または上面４
９に行き当たると、軸駆動部材３７の移動が停止し、軸
駆動部材３７と回転子保持部材５とが一体となって移動
し、一体移動状態となる。このようにして、相対移動状
態と一体移動状態とは電磁ブレーキ４１によって切り換
わる。
７のストッパ４５が、空間４７の下面４８または上面４
９に行き当たると、軸駆動部材３７の移動が停止し、軸
駆動部材３７と回転子保持部材５とが一体となって移動
し、一体移動状態となる。このようにして、相対移動状
態と一体移動状態とは電磁ブレーキ４１によって切り換
わる。
【００３８】ストッパ４５が下面４８に行き当たったと
き、ピン軸３６の先端はショルダー部５０の端面から突
出した突出状態となり、ストッパ４５が上面４９に行き
当たったとき、ピン軸３６が退避し、面一状態となる。
き、ピン軸３６の先端はショルダー部５０の端面から突
出した突出状態となり、ストッパ４５が上面４９に行き
当たったとき、ピン軸３６が退避し、面一状態となる。
【００３９】軸駆動部材３７のストッパ４５と回転子保
持部材５との間には、ばね部材４６が介在される。ばね
部材４６とストッパ４５および下面４８とに摩擦力が発
生するので、電磁ブレーキ４１がＯＦＦ状態で、回転子
保持部材５が回転したとき、回転子保持部材５と軸駆動
部材３７とが確実にともに回転する。
持部材５との間には、ばね部材４６が介在される。ばね
部材４６とストッパ４５および下面４８とに摩擦力が発
生するので、電磁ブレーキ４１がＯＦＦ状態で、回転子
保持部材５が回転したとき、回転子保持部材５と軸駆動
部材３７とが確実にともに回転する。
【００４０】ガンアームには、回転子先端に対向配置さ
れる受け部（図示略）が取り付けられており、接合時に
は、この受け部と回転子先端とでワークを挟んで接合す
る。
れる受け部（図示略）が取り付けられており、接合時に
は、この受け部と回転子先端とでワークを挟んで接合す
る。
【００４１】つぎに図４のタイムチャートを参照して、
本発明の摩擦攪拌接合装置の接合方法について説明す
る。ここでは、水平に重畳配置された２枚のワークをス
ポット接合するものとする。ワークは、たとえばアルミ
ニウム合金である。
本発明の摩擦攪拌接合装置の接合方法について説明す
る。ここでは、水平に重畳配置された２枚のワークをス
ポット接合するものとする。ワークは、たとえばアルミ
ニウム合金である。
【００４２】まず、ロボットによって摩擦攪拌接合装置
１の位置決めを行なう。つまり、接合点の下に受け部が
配置されるように摩擦攪拌接合装置１の位置決めを行な
う。
１の位置決めを行なう。つまり、接合点の下に受け部が
配置されるように摩擦攪拌接合装置１の位置決めを行な
う。
【００４３】（１）まず、初期状態では、回転子２が接
合点から所定距離離反した原位置に配置されており、回
転子２は、回転用モータ３によって所定速度、たとえば
２０００ｒｐｍ程度の高速で逆転（上から見て反時計ま
わり）しており、ピン軸３６は、面一状態となってい
る。このとき、軸駆動部材３７のストッパ４５は、空間
４７の上面４９に当接している。また電磁ブレーキ４１
はＯＦＦとなっているので、回転子保持部材５、回転子
２とともにピン軸３６が回転している。
合点から所定距離離反した原位置に配置されており、回
転子２は、回転用モータ３によって所定速度、たとえば
２０００ｒｐｍ程度の高速で逆転（上から見て反時計ま
わり）しており、ピン軸３６は、面一状態となってい
る。このとき、軸駆動部材３７のストッパ４５は、空間
４７の上面４９に当接している。また電磁ブレーキ４１
はＯＦＦとなっているので、回転子保持部材５、回転子
２とともにピン軸３６が回転している。
【００４４】（２）つぎに、ロボットの動きに合わせて
直進用モータ４を駆動させて回転子２を前進（下降）さ
せる。
直進用モータ４を駆動させて回転子２を前進（下降）さ
せる。
【００４５】（３）ガンの開度（受け部と回転子先端と
の距離）が所定開度に達すると、電磁ブレーキ４１を所
定時間ＯＮにする。すると、回転子２とともに回転して
いたピン軸３６および軸駆動部材３７が、電磁ブレーキ
４１により回転が拘束される。ただし、電磁ブレーキ４
１とはスプライン軸３９を介して連結されるので、回転
軸線Ｌ方向への進退は自由となっている。また、軸駆動
部材３７の外ネジおよび回転子保持部材５のねじ部材３
８は右ネジであるので、軸駆動部材３７の回転を拘束す
ることで、回転子保持部材５および回転子２に対して、
軸駆動部材３７およびピン軸３６が下方に移動する。そ
して、軸駆動部材３７のストッパ４５が、空間４７の下
面４８に行き当たるまで下降を続ける。このようにスト
ッパ４５が下面４８に行き当たるのに必要な時間よりも
少し長い時間だけ、電磁ブレーキのＯＮ継続時間が設定
される。なお、ストッパ４５が行き当たり、回転子保持
部材５とともに軸駆動部材３７が回転するときの回転力
よりも、電磁ブレーキ４１のブレーキ力は小さく設定し
てある。このようにして、ピン軸３６が、回転子２に対
して相対直進移動することにより、ピン軸３６の先端が
ショルダー部５０の端面から突出し、ストッパ４５が行
き当たって停止する。このようにして、ピン軸３６は、
突出状態となる。
の距離）が所定開度に達すると、電磁ブレーキ４１を所
定時間ＯＮにする。すると、回転子２とともに回転して
いたピン軸３６および軸駆動部材３７が、電磁ブレーキ
４１により回転が拘束される。ただし、電磁ブレーキ４
１とはスプライン軸３９を介して連結されるので、回転
軸線Ｌ方向への進退は自由となっている。また、軸駆動
部材３７の外ネジおよび回転子保持部材５のねじ部材３
８は右ネジであるので、軸駆動部材３７の回転を拘束す
ることで、回転子保持部材５および回転子２に対して、
軸駆動部材３７およびピン軸３６が下方に移動する。そ
して、軸駆動部材３７のストッパ４５が、空間４７の下
面４８に行き当たるまで下降を続ける。このようにスト
ッパ４５が下面４８に行き当たるのに必要な時間よりも
少し長い時間だけ、電磁ブレーキのＯＮ継続時間が設定
される。なお、ストッパ４５が行き当たり、回転子保持
部材５とともに軸駆動部材３７が回転するときの回転力
よりも、電磁ブレーキ４１のブレーキ力は小さく設定し
てある。このようにして、ピン軸３６が、回転子２に対
して相対直進移動することにより、ピン軸３６の先端が
ショルダー部５０の端面から突出し、ストッパ４５が行
き当たって停止する。このようにして、ピン軸３６は、
突出状態となる。
【００４６】（４）電磁ブレーキ４１をＯＦＦした後、
回転用モータ３を正転にする。また、回転子２の下降は
継続している。
回転用モータ３を正転にする。また、回転子２の下降は
継続している。
【００４７】（５）回転子先端から突出するピン軸３６
がワークに当接して、押圧力が発生する。そして、ピン
軸３６先端とワークとの摩擦熱でワークが軟化し、押圧
されてピン軸３６がワークに挿入される。
がワークに当接して、押圧力が発生する。そして、ピン
軸３６先端とワークとの摩擦熱でワークが軟化し、押圧
されてピン軸３６がワークに挿入される。
【００４８】（６）ピン軸３６が挿入され、ショルダー
部５０の端面がワークに当接すると、さらに押圧力が発
生する。このときの状態を、図５（Ａ）に示す。そし
て、所定時間押圧する。この間、ピン軸３６およびショ
ルダー部５０の端面による回転によって攪拌され、ワー
クの摩擦攪拌接合が行なわれる。
部５０の端面がワークに当接すると、さらに押圧力が発
生する。このときの状態を、図５（Ａ）に示す。そし
て、所定時間押圧する。この間、ピン軸３６およびショ
ルダー部５０の端面による回転によって攪拌され、ワー
クの摩擦攪拌接合が行なわれる。
【００４９】（７）所定時間経過すると、電磁ブレーキ
４１を所定時間ＯＮする。すると、（３）とは逆で、回
転子保持部材５のねじ部材３８が、上からみて時計回り
に回転している状態で、軸駆動部材３７の回転が拘束さ
れるので、軸駆動部材３７が、回転子保持部材５に対し
て上方に直進移動する。そして、ストッパ４５が空間４
７の上面４９に行き当たって、面一状態となる。このと
きの状態を、図５（Ｂ）に示す。このようにして、ピン
軸３６が上昇するとき、ショルダー部５０の端面からワ
ークに作用する押圧力が維持される。押圧せずにピン軸
３６を引き上げた場合には、図６（Ａ）示すように、引
き上げたピン軸の後に空洞ｈが形成されるが、上述した
ように、ショルダー部５０端面で押圧した状態でピン軸
３６を引き抜くと、図６（Ｂ）に示すように、ピン軸３
６が引き抜かれた空間に、摩擦熱で軟化した母材が押圧
力によって順次流れ込み、空洞が埋められる。
４１を所定時間ＯＮする。すると、（３）とは逆で、回
転子保持部材５のねじ部材３８が、上からみて時計回り
に回転している状態で、軸駆動部材３７の回転が拘束さ
れるので、軸駆動部材３７が、回転子保持部材５に対し
て上方に直進移動する。そして、ストッパ４５が空間４
７の上面４９に行き当たって、面一状態となる。このと
きの状態を、図５（Ｂ）に示す。このようにして、ピン
軸３６が上昇するとき、ショルダー部５０の端面からワ
ークに作用する押圧力が維持される。押圧せずにピン軸
３６を引き上げた場合には、図６（Ａ）示すように、引
き上げたピン軸の後に空洞ｈが形成されるが、上述した
ように、ショルダー部５０端面で押圧した状態でピン軸
３６を引き抜くと、図６（Ｂ）に示すように、ピン軸３
６が引き抜かれた空間に、摩擦熱で軟化した母材が押圧
力によって順次流れ込み、空洞が埋められる。
【００５０】（８）そして、回転子先端が面一の状態で
所定時間押圧する。 （９）所定時間押圧後、直進用モータ４を逆転させて回
転子２を上昇させる。ショルダー部５０の端面がワーク
から離反すると、押圧力が０になる。そして、所定開度
になると、回転用モータ３を逆転させ、次のスポット接
合点の準備をする。
所定時間押圧する。 （９）所定時間押圧後、直進用モータ４を逆転させて回
転子２を上昇させる。ショルダー部５０の端面がワーク
から離反すると、押圧力が０になる。そして、所定開度
になると、回転用モータ３を逆転させ、次のスポット接
合点の準備をする。
【００５１】（１０）そして、回転子２が原位置に到達
すると、１サイクル終了する。このようにして、空洞を
形成することなく、スポット接合を行なうことができ
る。
すると、１サイクル終了する。このようにして、空洞を
形成することなく、スポット接合を行なうことができ
る。
【００５２】ピン軸３６が動くと好ましくない時に、ワ
ークとピン軸との摩擦力により、ピン軸３６が動く可能
性がある場合がある。つぎに、このピン軸３６の好まし
くない場合ついてついて考察する。
ークとピン軸との摩擦力により、ピン軸３６が動く可能
性がある場合がある。つぎに、このピン軸３６の好まし
くない場合ついてついて考察する。
【００５３】（１）ワークとピン軸３６との当接なし。
（２）ワークとピン軸３６との当接なし。
（３）ワークとピン軸３６との当接なし。
（４）ワークとピン軸３６との当接なし。
（５）ワークとピン軸３６と当接。ピン軸突出状態。回
転用モータ正転 →ピン軸上昇の好ましくない方向 （６）ワークとピン軸３６と当接。ピン軸突出状態。回
転用モータ正転 →ピン軸上昇の好ましくない方向 （７）ワークとピン軸３６と当接。 → ピン軸上昇の
好ましい方向。 （８）ワークとピン軸３６と当接。 → ピン軸上昇の
好ましい方向。 （９）ワークとピン軸３６と当接なし。 （１０）ワークとピン軸と当接なし。
転用モータ正転 →ピン軸上昇の好ましくない方向 （６）ワークとピン軸３６と当接。ピン軸突出状態。回
転用モータ正転 →ピン軸上昇の好ましくない方向 （７）ワークとピン軸３６と当接。 → ピン軸上昇の
好ましい方向。 （８）ワークとピン軸３６と当接。 → ピン軸上昇の
好ましい方向。 （９）ワークとピン軸３６と当接なし。 （１０）ワークとピン軸と当接なし。
【００５４】したがって、（５）と（６）でのワークと
ピン軸との摩擦力に対抗するために、図３で説明したよ
うに、軸駆動部材３７のストッパ４５と空間４７の下面
４８との間にばね部材４６が介在される。また、このば
ね部材４６が設けられない構造としてもよい。
ピン軸との摩擦力に対抗するために、図３で説明したよ
うに、軸駆動部材３７のストッパ４５と空間４７の下面
４８との間にばね部材４６が介在される。また、このば
ね部材４６が設けられない構造としてもよい。
【００５５】また、上述した実施形態では、スポット接
合の場合について説明したが、ピン軸を突出させるピン
型の摩擦攪拌接合装置１は、スポット接合だけに限ら
ず、連続接合の場合にも適用することができる。その場
合、（６）工程で、ピン軸突出状態で押圧しながら、ロ
ボットで摩擦攪拌接合装置１を移動させ、接合線に沿っ
て連続的に接合する。このような連続接合の場合におい
ても、接合終了点において、前述と同様に押圧を維持し
た状態で、ピン軸を引き抜くことによって、空洞を生じ
させずに接合することができる。
合の場合について説明したが、ピン軸を突出させるピン
型の摩擦攪拌接合装置１は、スポット接合だけに限ら
ず、連続接合の場合にも適用することができる。その場
合、（６）工程で、ピン軸突出状態で押圧しながら、ロ
ボットで摩擦攪拌接合装置１を移動させ、接合線に沿っ
て連続的に接合する。このような連続接合の場合におい
ても、接合終了点において、前述と同様に押圧を維持し
た状態で、ピン軸を引き抜くことによって、空洞を生じ
させずに接合することができる。
【００５６】つぎに、本発明の摩擦攪拌接合装置の他の
実施形態であるリング型摩擦攪拌接合装置について説明
する。図７は、リング型摩擦攪拌接合装置の回転子先端
部を拡大して示す断面図である。リング型摩擦攪拌接合
装置は、前述したピン型摩擦攪拌接合装置１とほぼ同一
の構成を有するので、対応する構成には同一の参照符号
を付して説明を省略する。
実施形態であるリング型摩擦攪拌接合装置について説明
する。図７は、リング型摩擦攪拌接合装置の回転子先端
部を拡大して示す断面図である。リング型摩擦攪拌接合
装置は、前述したピン型摩擦攪拌接合装置１とほぼ同一
の構成を有するので、対応する構成には同一の参照符号
を付して説明を省略する。
【００５７】リング型摩擦攪拌接合装置は、回転子先端
のショルダー部５０に、端面から筒状のリング部６１が
突出する。リング部６１は、回転子２の回転軸線Ｌと同
軸であり、ショルダー部５０と一体に形成される。回転
子２に形成される挿通孔３５は、リング部６１を貫通
し、先端で開口する。この挿通孔３５に、内軸６２が挿
通され、回転子２に対して回転軸線Ｌ方向に直進移動す
る。この内軸６２は、ピン型の摩擦攪拌接合装置１と同
様に、軸駆動部材３７によって駆動され、軸駆動部材３
７の移動方向は、切り換え機構６０によって切り換えら
れる。
のショルダー部５０に、端面から筒状のリング部６１が
突出する。リング部６１は、回転子２の回転軸線Ｌと同
軸であり、ショルダー部５０と一体に形成される。回転
子２に形成される挿通孔３５は、リング部６１を貫通
し、先端で開口する。この挿通孔３５に、内軸６２が挿
通され、回転子２に対して回転軸線Ｌ方向に直進移動す
る。この内軸６２は、ピン型の摩擦攪拌接合装置１と同
様に、軸駆動部材３７によって駆動され、軸駆動部材３
７の移動方向は、切り換え機構６０によって切り換えら
れる。
【００５８】図８は、リング型摩擦攪拌接合装置の切り
換え機構６０を示す拡大図である。リング型摩擦攪拌接
合装置では、ピン型摩擦攪拌接合装置１とは逆に、内軸
６２が前進した位置にあるときが、内軸６２先端とリン
グ部６１の先端とが一致して面一状態となり、通常接合
時には、内軸６２を、ショルダー部５０の端面と同じ位
置まで引き込ませる。このように、ピン型摩擦攪拌接合
装置１とは動作が逆になるので、切り換え機構６０も、
図８に示すように、ばね部材６３の介在される位置が異
なり、ストッパ４５と空間４７の上面４９の間に介在さ
れる。
換え機構６０を示す拡大図である。リング型摩擦攪拌接
合装置では、ピン型摩擦攪拌接合装置１とは逆に、内軸
６２が前進した位置にあるときが、内軸６２先端とリン
グ部６１の先端とが一致して面一状態となり、通常接合
時には、内軸６２を、ショルダー部５０の端面と同じ位
置まで引き込ませる。このように、ピン型摩擦攪拌接合
装置１とは動作が逆になるので、切り換え機構６０も、
図８に示すように、ばね部材６３の介在される位置が異
なり、ストッパ４５と空間４７の上面４９の間に介在さ
れる。
【００５９】つぎに、このリング型摩擦攪拌接合装置の
接合方法について、図９のタイムチャートを参照して説
明する。
接合方法について、図９のタイムチャートを参照して説
明する。
【００６０】（１）まず、初期状態では、回転子２が接
合点から所定距離離反した原位置に配置されており、回
転用モータ３は、正転（上から見て時計まわり）してお
り、内軸６２は、面一状態となっている。このとき、軸
駆動部材３７のストッパ４５は、空間４７の下面４８に
当接している。また電磁ブレーキ４１はＯＦＦとなって
いる。
合点から所定距離離反した原位置に配置されており、回
転用モータ３は、正転（上から見て時計まわり）してお
り、内軸６２は、面一状態となっている。このとき、軸
駆動部材３７のストッパ４５は、空間４７の下面４８に
当接している。また電磁ブレーキ４１はＯＦＦとなって
いる。
【００６１】（２）つぎに、ロボットの動きに合わせて
直進用モータ４を駆動させて回転子２を前進（下降）さ
せる。
直進用モータ４を駆動させて回転子２を前進（下降）さ
せる。
【００６２】（３）ガンの開度が所定開度に達すると、
電磁ブレーキ４１を所定時間ＯＮにする。すると、回転
子２とともに回転していた内軸６２および軸駆動部材３
７が、電磁ブレーキ４１により軸駆動部材３７の回転が
拘束される。ただし、電磁ブレーキ４１とはスプライン
軸３９を介して連結されるので、回転軸線Ｌ方向への進
退は自由となっている。また、軸駆動部材３７の外ネジ
および回転子保持部材５のねじ部材３８は右ネジである
ので、軸駆動部材３７の回転を拘束することで、回転子
保持部材５および回転子２に対して、軸駆動部材３７お
よび内軸６２が上方に移動する。そして、軸駆動部材３
７のストッパ４５が、空間４７の上面４９に行き当たる
まで、軸駆動部材３７は上昇を続ける。このようにスト
ッパ４５が行き当たるのに必要な時間よりも少し長い時
間だけ、電磁ブレーキのＯＮ継続時間が設定される。な
お、ストッパ４５が上面４９に行き当たり、回転子保持
部材５とともに軸駆動部材３７が回転するときの回転力
よりも、電磁ブレーキ４１のブレーキ力は小さく設定し
てある。このようにして、内軸６２が、回転子２に対し
て相対直進移動することにより、内軸６２がリング部６
１から引込み、引込み状態となる。
電磁ブレーキ４１を所定時間ＯＮにする。すると、回転
子２とともに回転していた内軸６２および軸駆動部材３
７が、電磁ブレーキ４１により軸駆動部材３７の回転が
拘束される。ただし、電磁ブレーキ４１とはスプライン
軸３９を介して連結されるので、回転軸線Ｌ方向への進
退は自由となっている。また、軸駆動部材３７の外ネジ
および回転子保持部材５のねじ部材３８は右ネジである
ので、軸駆動部材３７の回転を拘束することで、回転子
保持部材５および回転子２に対して、軸駆動部材３７お
よび内軸６２が上方に移動する。そして、軸駆動部材３
７のストッパ４５が、空間４７の上面４９に行き当たる
まで、軸駆動部材３７は上昇を続ける。このようにスト
ッパ４５が行き当たるのに必要な時間よりも少し長い時
間だけ、電磁ブレーキのＯＮ継続時間が設定される。な
お、ストッパ４５が上面４９に行き当たり、回転子保持
部材５とともに軸駆動部材３７が回転するときの回転力
よりも、電磁ブレーキ４１のブレーキ力は小さく設定し
てある。このようにして、内軸６２が、回転子２に対し
て相対直進移動することにより、内軸６２がリング部６
１から引込み、引込み状態となる。
【００６３】（４）電磁ブレーキ４１をＯＦＦした後、
回転用モータ３を逆転にする。回転子２の下降は継続し
ている。
回転用モータ３を逆転にする。回転子２の下降は継続し
ている。
【００６４】（５）回転子先端から突出するリング部６
１先端がワークに当接して、押圧力が発生する。そし
て、リング部６１先端とワークとの摩擦熱でワークが軟
化し、押圧されてリング部６１がワークに挿入される。
１先端がワークに当接して、押圧力が発生する。そし
て、リング部６１先端とワークとの摩擦熱でワークが軟
化し、押圧されてリング部６１がワークに挿入される。
【００６５】（６）リング部６１が挿入され、ショルダ
ー部５０の端面がワークに当接すると、さらに押圧力が
発生する。このときの状態を図１０（Ａ）に示す。そし
て、所定時間押圧する。この間、リング部６１およびシ
ョルダー部５０の端面による回転によって攪拌され、ワ
ークの摩擦攪拌接合が行なわれる。リング部６１は、ピ
ンよりもワークへの接触面積が大きいので、摩擦効率お
よび攪拌効率を向上させることができる。
ー部５０の端面がワークに当接すると、さらに押圧力が
発生する。このときの状態を図１０（Ａ）に示す。そし
て、所定時間押圧する。この間、リング部６１およびシ
ョルダー部５０の端面による回転によって攪拌され、ワ
ークの摩擦攪拌接合が行なわれる。リング部６１は、ピ
ンよりもワークへの接触面積が大きいので、摩擦効率お
よび攪拌効率を向上させることができる。
【００６６】（７）所定時間経過すると、電磁ブレーキ
４１を所定時間ＯＮする。すると、（３）とは逆で、回
転子保持部材５のねじ部材３８が、上からみて反時計回
りに回転している状態で、軸駆動部材３７の回転が拘束
されるので、軸駆動部材３７が、回転子保持部材５に対
して下方に直進移動する。また、電磁ブレーキ４１をＯ
Ｎすると同時に、直進用モータ４を逆転させ、軸駆動部
材３７の下降量と同じ量だけ回転子２を上昇させる。つ
まり、内軸６２先端はワークから見ると同じ位置とな
る。このようにして、内軸３６による押圧状態を維持し
た状態で、リング部６１が引き抜かれる。そして、スト
ッパ４５が空間４７の下面４８に行き当たるまで軸駆動
部材３７が下降し、かつリング部６１が上昇し、リング
部先端が面一でワークに当接する状態となる。この段階
では、ショルダー部５０による押圧はなくなり、内軸６
２とリング部６１とによる押圧に変わる。そして、リン
グ部６１および内軸６２により押圧されつつ、内軸６２
が面一になる動作になる。
４１を所定時間ＯＮする。すると、（３）とは逆で、回
転子保持部材５のねじ部材３８が、上からみて反時計回
りに回転している状態で、軸駆動部材３７の回転が拘束
されるので、軸駆動部材３７が、回転子保持部材５に対
して下方に直進移動する。また、電磁ブレーキ４１をＯ
Ｎすると同時に、直進用モータ４を逆転させ、軸駆動部
材３７の下降量と同じ量だけ回転子２を上昇させる。つ
まり、内軸６２先端はワークから見ると同じ位置とな
る。このようにして、内軸３６による押圧状態を維持し
た状態で、リング部６１が引き抜かれる。そして、スト
ッパ４５が空間４７の下面４８に行き当たるまで軸駆動
部材３７が下降し、かつリング部６１が上昇し、リング
部先端が面一でワークに当接する状態となる。この段階
では、ショルダー部５０による押圧はなくなり、内軸６
２とリング部６１とによる押圧に変わる。そして、リン
グ部６１および内軸６２により押圧されつつ、内軸６２
が面一になる動作になる。
【００６７】（８）そして、回転子先端が面一の状態で
所定時間押圧する。 （９）所定時間押圧後、回転子２を上昇させる。回転子
先端がワークから離反すると、押圧力が０になる。そし
て、所定開度になると、回転用モータ３を正転させ、次
のスポット接合点に準備をする。
所定時間押圧する。 （９）所定時間押圧後、回転子２を上昇させる。回転子
先端がワークから離反すると、押圧力が０になる。そし
て、所定開度になると、回転用モータ３を正転させ、次
のスポット接合点に準備をする。
【００６８】（１０）そして、回転子２が原位置に到達
すると、１サイクル終了する。このようにして、リング
型ピンの摩擦攪拌接合装置においても、リング部６１の
引き上げ時に、内軸６２を下降させることで、押圧状態
を維持しながら引き上げることができ、リング部６１引
き上げ時に形成される空洞を埋めることができる。
すると、１サイクル終了する。このようにして、リング
型ピンの摩擦攪拌接合装置においても、リング部６１の
引き上げ時に、内軸６２を下降させることで、押圧状態
を維持しながら引き上げることができ、リング部６１引
き上げ時に形成される空洞を埋めることができる。
【００６９】つぎに、リング型摩擦攪拌接合装置におい
て、ワークとピン軸との摩擦力により、内軸６２が動く
可能性がある場合について考察する。
て、ワークとピン軸との摩擦力により、内軸６２が動く
可能性がある場合について考察する。
【００７０】（１）ワークと内軸６２との当接なし。
（２）ワークと内軸６２との当接なし。
（３）ワークと内軸６２との当接なし。
（４）ワークと内軸６２との当接なし。
（５）ワークと内軸６２との当接なし。
（６）ワークと内軸６２と当接。内軸６２引込み。回転
用モータ逆転 → 内軸突出状態。 （７）ワークと内軸６２と当接。 → 内軸６２下降の
好ましい方向。 （８）ワークと内軸６２と当接。 → 内軸６２が下降
して突き当たる。好ましい方向。 （９）ワークと内軸６２と当接なし。 （１０）ワークと内軸６２と当接なし。
用モータ逆転 → 内軸突出状態。 （７）ワークと内軸６２と当接。 → 内軸６２下降の
好ましい方向。 （８）ワークと内軸６２と当接。 → 内軸６２が下降
して突き当たる。好ましい方向。 （９）ワークと内軸６２と当接なし。 （１０）ワークと内軸６２と当接なし。
【００７１】したがって、工程（６）でワークと内軸６
２との摩擦力に対抗するために、図８に示すように、ば
ね部材４９が設けられる。また、このばね部材４９が設
けられない構造としてもよい。
２との摩擦力に対抗するために、図８に示すように、ば
ね部材４９が設けられる。また、このばね部材４９が設
けられない構造としてもよい。
【００７２】上述した各実施形態では、ピン軸３６およ
び内軸６２の駆動の切り換えに電磁ブレーキを用いた
が、本発明はこれに限らず、電磁クラッチを用いて切り
換えるように構成してもよい。また、直進駆動用モータ
として、上述した実施形態では、インダクションモータ
を用いたが、サーボモータとしてもよい。これによっ
て、モータの回転方向を迅速に切り換えることができ
る。
び内軸６２の駆動の切り換えに電磁ブレーキを用いた
が、本発明はこれに限らず、電磁クラッチを用いて切り
換えるように構成してもよい。また、直進駆動用モータ
として、上述した実施形態では、インダクションモータ
を用いたが、サーボモータとしてもよい。これによっ
て、モータの回転方向を迅速に切り換えることができ
る。
【００７３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、回転子先
端による被接合物の押圧を維持した状態で軸状のピンを
引き抜くので、軸状のピンが引き抜かれた空間に周囲の
母材が流れ込み、軸状のピンを引き抜いた後の空洞が埋
められる。
端による被接合物の押圧を維持した状態で軸状のピンを
引き抜くので、軸状のピンが引き抜かれた空間に周囲の
母材が流れ込み、軸状のピンを引き抜いた後の空洞が埋
められる。
【００７４】また本発明によれば、駆動源を共通とする
ことで、装置自体の重量を軽減し、また製造コストも削
減することができる。
ことで、装置自体の重量を軽減し、また製造コストも削
減することができる。
【００７５】また本発明は、回転子先端にリング部が設
けられるタイプの摩擦攪拌接合装置にも本発明を適用す
ることができる。
けられるタイプの摩擦攪拌接合装置にも本発明を適用す
ることができる。
【００７６】また本発明は、連続接合を行なう場合にも
適用することができる。また本発明によれば、ブレーキ
機構またはクラッチ機構など、簡単な構成で一体移動状
態と相対移動状態とを切り換えることができる。
適用することができる。また本発明によれば、ブレーキ
機構またはクラッチ機構など、簡単な構成で一体移動状
態と相対移動状態とを切り換えることができる。
【００７７】また本発明によれば、回転子の回転方向を
切り換えることで、相対移動の方向を切り換えるので、
接合制御が容易となる。
切り換えることで、相対移動の方向を切り換えるので、
接合制御が容易となる。
【００７８】また本発明によれば、回転子先端が平坦に
なるまで軸を移動させるので、被接合物表面を平坦とす
ることが可能となる。
なるまで軸を移動させるので、被接合物表面を平坦とす
ることが可能となる。
【００７９】また本発明によれば、平坦となった回転子
先端で所定時間押圧することで、さらに空洞を確実に埋
め、被接合物表面を平坦にすることができる。
先端で所定時間押圧することで、さらに空洞を確実に埋
め、被接合物表面を平坦にすることができる。
【図１】本発明に実施の一形態であるピン型の摩擦攪拌
接合装置１の構造を示す図である。
接合装置１の構造を示す図である。
【図２】回り止め２６を示す図である。
【図３】切り換え機構５１を拡大して示す図である。
【図４】ピン型の摩擦攪拌接合装置１の接合方法を示す
タイムチャートである。
タイムチャートである。
【図５】ピン軸挿入時の状態を示す断面図である。
【図６】ピン軸引き抜き時の状態を、従来と比較して示
す断面図である。
す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態であるリング型摩擦攪拌
接合装置の回転子先端部を示す断面図である。
接合装置の回転子先端部を示す断面図である。
【図８】リング型摩擦攪拌接合装置の切り換え機構６０
を拡大して示す図である。
を拡大して示す図である。
【図９】リング型摩擦攪拌接合装置の接合方法を示すタ
イムチャートである。
イムチャートである。
【図１０】リング型摩擦攪拌接合装置の接合時の状態を
示す断面図である。
示す断面図である。
１ 摩擦攪拌接合装置
２ 回転子
３ 回転用モータ
４ 直進用モータ
５ 回転子保持部材
４１ 電磁ブレーキ
Claims (9)
- 【請求項１】 高速回転する回転子を回転軸線方向に移
動させ、回転子先端部を被接合物に押圧し、回転子先端
部と前記被接合物との接触部を、回転による摩擦熱で軟
化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置
において、 前記回転子は、回転子に挿通され、回転軸線方向に相対
直進移動可能に設けられる軸状のピンを有し、被接合物
をスポット接合し、接合終了時に、被接合物を押圧した
状態で、前記軸状のピンを相対移動させ、 回転子の回転、および前記軸状のピンの回転子に対する
相対直進移動は、同一の駆動源によって行なわれること
を特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 【請求項２】 回転子先端に、円筒状のリング部が形成
され、前記軸状のピンは、リング部に変位可能に挿入さ
れる内軸であることを特徴とする請求項１記載の摩擦攪
拌接合装置。 - 【請求項３】 高速回転する回転子を回転軸線方向に移
動させ、回転子先端部を被接合物に押圧し、回転子先端
部と前記被接合物との接触部を、回転による摩擦熱で軟
化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置
において、 前記回転子は、回転子に挿通され、回転軸線方向に相対
直進移動可能に設けられる軸状のピンを有し、被接合物
をスポット接合し、接合終了時に、被接合物を押圧した
状態で、前記軸状のピンを相対移動させ、 回転子先端に、円筒状のリング部が形成され、前記軸状
のピンは、リング部に変位可能に挿入される内軸である
ことを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 【請求項４】 高速回転する回転子を回転軸線方向に移
動させ、回転子先端部を被接合物に押圧し、回転子先端
部と前記被接合物との接触部を、回転による摩擦熱で軟
化させ、攪拌して被接合物を連続接合する摩擦攪拌接合
装置において、 前記回転子は、回転子に挿通され、回転軸線方向に相対
直進移動可能に設けられる軸状のピンを有し、回転子の
回転、および前記軸状のピンの回転子に対する相対直進
移動は、同一の駆動源によって行なわれ、接合終了時
に、被接合物を押圧した状態で、前記軸状のピンを相対
移動させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 【請求項５】 回転子と軸状のピンとが一体となって直
進移動する一体移動状態と、回転子と軸状のピンとが相
対移動する相対移動状態とが、ブレーキ機構またはクラ
ッチ機構によって切り換えられることを特徴とする請求
項４記載の摩擦攪拌接合装置。 - 【請求項６】 高速回転する回転子を回転軸線方向に移
動させ、回転子先端部を被接合物に押圧し、回転子先端
部と前記被接合物との接触部を、回転による摩擦熱で軟
化させ、攪拌して被接合物を接合する摩擦攪拌接合装置
において、 前記回転子は、回転子に挿通され、回転軸線方向に相対
直進移動可能に設けられる軸状のピンを有し、被接合物
をスポット接合し、接合終了時に、被接合物を押圧した
状態で、前記軸状のピンを相対移動させ、 回転子と軸状のピンとが一体となって直進移動する一体
移動状態と、回転子と軸状のピンとが相対移動する相対
移動状態とが、ブレーキ機構またはクラッチ機構によっ
て切り換えられることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 - 【請求項７】 回転子の回転方向を切り換えることで、
前記相対移動の方向が切り換えられることを特徴とする
請求項５または６記載の摩擦攪拌接合装置。 - 【請求項８】 接合終了時には、回転子先端が平坦とな
るまで軸状のピンを移動させて押圧することを特徴とす
る請求項１〜７のいずれか１つに記載の摩擦攪拌接合装
置。 - 【請求項９】 回転子先端が平坦となるまで軸状のピン
を移動させた後、所定時間押圧することを特徴とする請
求項８記載の摩擦攪拌接合装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000397535A JP3505508B2 (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 摩擦攪拌接合装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000397535A JP3505508B2 (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 摩擦攪拌接合装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003373370A Division JP4703958B2 (ja) | 2003-10-31 | 2003-10-31 | 摩擦攪拌接合装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002192358A JP2002192358A (ja) | 2002-07-10 |
| JP3505508B2 true JP3505508B2 (ja) | 2004-03-08 |
Family
ID=18862649
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000397535A Expired - Fee Related JP3505508B2 (ja) | 2000-12-27 | 2000-12-27 | 摩擦攪拌接合装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3505508B2 (ja) |
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| JP4602796B2 (ja) * | 2005-03-02 | 2010-12-22 | 住友軽金属工業株式会社 | 異種金属部材の接合方法 |
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| JP4628218B2 (ja) * | 2005-08-22 | 2011-02-09 | Ｏｂａｒａ株式会社 | 摩擦撹拌スポット接合装置 |
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| US9511446B2 (en) | 2014-12-17 | 2016-12-06 | Aeroprobe Corporation | In-situ interlocking of metals using additive friction stir processing |
| US9511445B2 (en) * | 2014-12-17 | 2016-12-06 | Aeroprobe Corporation | Solid state joining using additive friction stir processing |
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| JP4853864B2 (ja) * | 2006-02-20 | 2012-01-11 | Ｏｂａｒａ Ｇｒｏｕｐ株式会社 | Ｆｓｗの接合ツ―ルの清掃方法 |
| DE602006013968D1 (de) * | 2006-08-04 | 2010-06-10 | Sumitomo Light Metal Ind | Reibrührschweissverfahren von unterschiedlich metallischen Bauteilen mit einem doppeltwirkenden drehenden Werkzeug zum Füllen des vom Stift erzeugten Loches |
| JP4937386B2 (ja) * | 2010-07-22 | 2012-05-23 | 住友軽金属工業株式会社 | 異種金属部材の接合方法 |
| JP6656092B2 (ja) * | 2016-06-16 | 2020-03-04 | 株式会社東芝 | 開口部の閉塞方法 |
| EP3703888A4 (en) | 2017-10-31 | 2021-08-18 | Meld Manufacturing Corporation | SYSTEM FOR GENERATIVE SOLIDS MANUFACTURING AND MATERIAL COMPOSITIONS AND STRUCTURES |
| CN112453681B (zh) * | 2020-10-22 | 2022-06-14 | 北京工业大学 | 一种可回抽的搅拌摩擦焊电主轴 |
| CN114178555B (zh) * | 2021-12-13 | 2023-11-28 | 山东格物智能科技有限公司 | 应用于摩擦增材制造装置的主轴结构 |
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- 2000-12-27 JP JP2000397535A patent/JP3505508B2/ja not_active Expired - Fee Related
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