以下、本発明に係る摩擦撹拌接合用装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施の形態においては、円筒体としてホイールリムを製作する場合を例として説明する。
図1に示すように、ホイールリムを製作するためのワークW1は、略長方形状の板材であり、アルミニウムからなる。該ワークW1の四方の隅角部には、図1における矢印A方向に指向して突出した第1凸部10a〜第4凸部10dが設けられている。後述するように、この矢印Aに沿う方向は接合方向である。換言すれば、第1凸部10a〜第4凸部10dは、接合方向に沿って突出形成されている。
このワークW1を図1の矢印B方向に沿って湾曲させ、最終的に、図2に示すように、該ワークW1の端面同士を当接させることによって、矢印A方向に延在する第1突出部12、第2突出部14を有する円筒体W2を形成する。なお、第1突出部12は、第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が互いに当接することによって形成され、一方、第2突出部14は、第2凸部10bと第4凸部10dの端面同士が互いに当接することによって形成される。
なお、図3に示すように、この時点では、第1凸部10aと第3凸部10c同士、又は、第2凸部10bと第4凸部10d同士が重畳していてもよい。
次に、本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用装置の構成につき説明する。
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用装置20の要部概略斜視図を図4に示すとともに、図4のV−V線矢視断面図を図5に示す。これら図4及び図5から諒解されるように、摩擦撹拌接合用装置20は、底面が若干傾斜した基台22(図5参照)と、第1支持手段としての柱状部材24と、第2支持手段としての第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28と、これら柱状部材24、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28に支持されるとともに後述する各種の手段を保持する支持体30と、該支持体30の上端面に載置・連結された支持用中子32とを有する。
ここで、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28は、プランジャを油圧によって滑らかにロックする手段を有するサポートである。
図5に示すように、基台22上に立設された柱状部材24は、底盤34と立柱盤36とが略L字状に組み合わされ、さらに、立柱盤36が支持盤38で支持されてなる。そして、立柱盤36には、ストッパ部材40が連結固定されている。
その一方で、図4〜図6に示すように、基台22にはレール42が敷設されている。前記第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び前記第2支持ナチュラルロックシリンダ28は、このレール42に沿って移動可能である。
すなわち、レール42には係合用ブラケット44の係合溝が係合しており(図4参照)、且つ該係合用ブラケット44上には、位置決め用ブラケット46が連結固定されている。そして、この位置決め用ブラケット46の一側面には、変位用シリンダ48を構成するピストンロッド50の頭部の抜け止めがなされた収容ブラケット52が位置決め固定されている。第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28は、前記位置決め用ブラケット46に連結固定されており、従って、変位用シリンダ48のピストンロッド50が前進・後退動作することに追従して、レール42に案内されて変位する。
なお、変位用シリンダ48は、基台22に連結された略L字状のL型支持盤54によって支持されている。そして、変位用シリンダ48の対向位置には停止盤56が設けられており、位置決め用ブラケット46が所定の位置まで到達した場合、該停止盤56によって位置決め用ブラケット46、ひいては第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28のそれ以上の変位が抑止される。
また、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28の各支持用ロッド58、60は、支持体30に接近又は離間する方向に指向して上昇・下降動作する。
図5に示すように、支持体30には、その長手方向に沿って第1挿入用穴部62及び第2挿入用穴部64が設けられている。このうち、第1挿入用穴部62には、該第1挿入用穴部62よりも幅広で且つ端部が閉塞したカム挿入部66が連通している。また、支持体30の底部には、その一部が切り欠かれることによって、該カム挿入部66に連通する凹部68が形成されている。なお、凹部68の幅は、カム挿入部66に比して大きく設定されている。
また、支持体30の一端部には、円筒体W2を内周壁面側から水平方向に押圧するための第1押圧手段を構成する水平押圧シリンダ70が連結固定されており、該水平押圧シリンダ70のピストンロッド72は、図7に示すカム74とともに前記第1挿入用穴部62に挿入されている。なお、ピストンロッド72と支持体30との間には、図示しないブッシュが介装されている。
このピストンロッド72の頭部は、図7に示すように、連結用環状部材76を介してカム74に連結されている。後述するように、ピストンロッド72が前進・後退動作することに伴って、カム74の作用下に小ロッド78a〜78cがピストンロッド72の前進・後退方向と直交する方向に前進・後退動作する。
カム74の上端面には、カム74の長手方向に対して所定の角度で傾斜した係合溝80a〜80cが設けられている。一方、小ロッド78a〜78cの各底面には突起部82a〜82cがそれぞれ設けられており、これら突起部82a〜82cは、係合溝80a〜80cに摺動自在に係合されている(図5参照)。
なお、カム74は、前記凹部68に挿入された保持部材84が支持体30に連結されることによって該支持体30に保持されている。
図5に示すように、この保持部材84には、平板状ブラケット300が連結固定されている。この平板状ブラケット300には鉛直下方に延在するステー302が固定されており、該ステー302には、頭部が湾曲した長尺部304と、該長尺部304から屈曲して水平方向に延在する短尺部306とを有する鉛直押圧アーム308(第2押圧手段)の屈曲部が軸止されている。すなわち、鉛直押圧アーム308は、ステー302に軸止された屈曲部を支点として回動自在に保持されている。そして、この鉛直押圧アーム308における長尺部304の頭部は、円筒体W2の内周壁面に当接している。
また、保持部材84において、鉛直押圧アーム308の屈曲部から水平方向に延在する柱状突起部310と対向する位置には、L字状ステー312が設置されている。これら柱状突起部310とL字状ステー312には貫通孔がそれぞれ設けられており、両貫通孔には、コイルスプリング314のフック部が係止されている。該コイルスプリング314は、その収縮力によって柱状突起部310を鉛直上方に指向して常時引っ張っている。この引っ張りにより、鉛直押圧アーム308が屈曲部を支点として円筒体W2の内周壁面に指向する方向に常時弾発付勢され、その結果、鉛直押圧アーム308における長尺部304の頭部が円筒体W2の内周壁面を鉛直下方に指向して押圧するに至る。
なお、鉛直押圧アーム308の回動動作は、ストッパねじ316で短尺部306が押止されることによって制限される。これにより、鉛直押圧アーム308が円筒体W2の内周壁面を過大な力で押圧することが回避される。
小ロッド78a、78cには、バー状の押圧部材86aが橋架されている(図7参照)。一方、小ロッド78bには、押圧部材86aに対応する形状の押圧部材86bが支持されている。なお、押圧部材86a、86bは、図示しないボルトを介して小ロッド78a〜78cに連結されており、その側面は、円筒体W2の内周壁面に合わせて湾曲形成されている。
そして、押圧部材86aの一端部に設けられた切欠部398には、水平押圧部材としての押圧バー400aが軸402を介して回動自在に連結されている。
すなわち、押圧バー400aは、連結部404と、該連結部404の隅角部から突出した長尺部406とを有し、前記軸402は、連結部404に設けられた貫通孔を通って押圧部材86aの切欠部398における底面に位置決め固定されている。また、該底面において、連結部404と長尺部406との境界部近傍には、規制ピン408が位置決め固定されている。
さらに、切欠部398には係止ピン410が位置決め固定されており、該係止ピン410には、コイルスプリング412の一端部が係止されている。このコイルスプリング412の他端部は、連結部404の隅角部に設けられた係止穴414に係止されており、従って、押圧バー400aは、コイルスプリング412が圧縮することに伴って、その弾発付勢下に円筒体W2の内周壁面側に指向して軸402を中心に回動動作する。
押圧部材86aの一端部に配設された押圧バー400bも前記押圧バー400aと同様に構成されており、従って、押圧バー400aと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
一方の第2挿入用穴部64は、支持体30の長手方向に沿って該支持体30を貫通するように設けられている(図5参照)。この第2挿入用穴部64には、支持体30の図5における右端面に連結固定された整列シリンダ88のユニバーサルジョイントを含むピストンロッド90が挿入されている。
該ピストンロッド90の頭部には、長尺なフローティングロッド92の一端部が連結されている。また、このフローティングロッド92の他端部は、第2挿入用穴部64から突出している。
ここで、図8に示すように、支持体30の一端部においては、第2挿入用穴部64の両側部に、第1ロッド挿入用小孔部94、第2ロッド挿入用小孔部96が設けられている。そして、これら第1ロッド挿入用小孔部94及び第2ロッド挿入用小孔部96には、第1大ロッド98、第2大ロッド100がそれぞれ挿入されている。
支持体30と第1大ロッド98、第2大ロッド100との間には図示しないベアリングが介装されており、該ベアリングは、第1ロッド挿入用小孔部94、第2ロッド挿入用小孔部96に嵌合された第1キャップ部材102、第2キャップ部材104によって封止されている。
フローティングロッド92の頭部端面には、連結部材106が当接している。この連結部材106には第1貫通孔108、第2貫通孔110及び第3貫通孔112が設けられており、中央に設けられた第2貫通孔110に通されたボルト114は、フローティングロッド92の頭部に螺合されている。
また、第1貫通孔108、第3貫通孔112には第1大ロッド98、第2大ロッド100が通されており、これによりフローティングロッド92と第1大ロッド98、第2大ロッド100とが連結部材106を介して互いに連結されている。なお、第1大ロッド98、第2大ロッド100の第1貫通孔108、第3貫通孔112からの抜け止めは環状ストッパ116によってなされ、一方、フローティングロッド92の第2貫通孔110からの抜け止めは、該フローティングロッド92の頭部端面及びボルト114によってなされている。
連結部材106の第1貫通孔108、第3貫通孔112から突出して延在する第1大ロッド98、第2大ロッド100には、図5における縦方向の寸法が連結部材106に比して若干小さい載置用連結部材118が橋架されている。すなわち、図8に示すように、この載置用連結部材118には、第4貫通孔120及び第5貫通孔122が設けられており、第1大ロッド98、第2大ロッド100は、これら第4貫通孔120、第5貫通孔122にそれぞれ通されている。なお、載置用連結部材118と第1大ロッド98、第2大ロッド100との間にも図示しないベアリングが介装されており、該ベアリングは、第4貫通孔120、第5貫通孔122に嵌合された第3キャップ部材124、第4キャップ部材126によって封止されている。
第1大ロッド98、第2大ロッド100は、載置用連結部材118の第4貫通孔120、第5貫通孔122から突出してさらに延在している。そして、各先端部には、コイルスプリング128a、128bを収容したケーシング130a、130bがそれぞれ設置されている。
ケーシング130a、130bは、それぞれ、第1大ロッド98、第2大ロッド100の側周壁に嵌合されて一端部が開口した円筒体状ボディ132a、132bと、第1大ロッド98、第2大ロッド100の頭部にボルト134a、134bを介して連結されて一端部が開口した円筒体状カバー部材136a、136bとを有し、該円筒体状カバー部材136a、136bの側周壁は、円筒体状ボディ132a、132bの側周壁を囲繞している。前記コイルスプリング128a、128bの各端部は、円筒体状ボディ132a、132bの底面及び円筒体状カバー部材136a、136bの天井面にそれぞれ着座している。
連結部材106の上端面には、第1把持部材138が連結固定されている(図5参照)。図9に示すように、この第1把持部材138には、第2突出部14の形状に対応する形状の凹部140が設けられている。また、載置用連結部材118の上端面には、略コ字状型の整列用押圧部材142が設置されている(図5及び図9参照)。この整列用押圧部材142は、第1把持部材138を囲繞するように配設されており、その先端部は、第1把持部材138の先端部よりも突出している。このため、円筒体W2がセットされた際、第1把持部材138の先端部よりも整列用押圧部材142の先端部の方が先に円筒体W2に当接する。
後述するように、これら第1把持部材138、整列用押圧部材142は、ピストンロッド90(図5参照)が付勢されることに伴い、フローティングロッド92、第1大ロッド98及び第2大ロッド100を介して変位する。
支持体30の図5における右端部、すなわち、整列シリンダ88及び水平押圧シリンダ70が連結固定された側の端部には、図5のX−X線矢視断面図である図10に示すように、冷却水を流通させるための4個のチューブ144a〜144dが管継手145を介してそれぞれ接続されている。一方、支持体30の内部には、冷却水を導入するための冷却水入口通路146、冷却水を排出するための冷却水出口通路148が設けられている。なお、支持体30の内部にはエア通路150も設けられており、該エア通路150には、管継手145を介して圧縮エア用チューブ(ともに図示せず)が接続されている。
支持体30の上端面に位置決め固定された前記支持用中子32は、第1中子部材152と第2中子部材154とからなる。円筒体W2の内周壁面は、このうちの第1中子部材152の湾曲上面に当接し、これにより該円筒体W2が摩擦撹拌接合用装置20に支持される。
支持体30の上端面に載置・連結された第2中子部材154の上端部には、傾斜して突出した凸部が設けられている。この凸部には、支持体30の長手方向に沿って挿入溝156が形成されている。
また、第2中子部材154における挿入溝156の両側部には、第1通路158、第2通路160が設けられている(図10参照)。これら第1通路158、第2通路160は、第2中子部材154の図5における右端部から左端部に指向して延在する上部通路162と、この上部通路162の下方に設けられて第2中子部材154の図5における左端部で該上部通路162と連通する下部通路164とを有する。なお、下部通路164は、第2中子部材154の図5における左端部から右端部に指向して延在する。
第1通路158及び第2通路160を構成する各上部通路162は冷却水入口通路146に連通しており、その一方で、各下部通路164は冷却水出口通路148に連通している。すなわち、第1通路158及び第2通路160には、冷却水が流通される。
第2中子部材154の上端面には、図5及び図9における右端部近傍に、前記挿入溝156を挟んで対向する位置に4本のピン166が立設されている。これらピン166のうち内側の2本は、第2把持部材168の湾曲凹部170に進入する。
第1中子部材152は、第2中子部材154に設けられた挿入溝156に挿入・位置決め固定されている。この第1中子部材152におけるピン166の近傍には、第2中子部材154の内部に設けられた前記エア通路150に連通するエア噴出口174が設けられている。
このように、湾曲上面を有する第1中子部材152と、内部に冷却水が流通する第1通路158及び第2通路160を有する第2中子部材154とを別個の部材とすることにより、第1中子部材152及び第2中子部材154を各々容易に製作することができる。
ここで、エア噴出口174から噴出された圧縮エアの圧力は、図示しない第1圧力センサによって常時モニタリングされる。その一方で、円筒体W2の第1凸部10a及び第3凸部10cの近傍における圧縮エアの圧力も、図示しない第2圧力センサによってモニタリングされる。後述するように、第2圧力センサ及び第1圧力センサによってモニタリングされた圧縮エアの圧力が比較されることにより、第1凸部10a及び第3凸部10cが離間した状態にあるか又は当接した状態にあるかが判定される。
図5及び図9に示すように、支持体30の上端面右端部には、固定盤176を介して把持シリンダ178が設置されている。この把持シリンダ178は、ピストンロッド180と、2本のガイド部材181a、181bとを有し(図9参照)、このうちのピストンロッド180には、押圧盤182が橋架されている。前記第2把持部材168は、この押圧盤182に連結されている。
上記したように、第2把持部材168の先端部には、ピン166に対応する位置に湾曲凹部170が形成されている。また、この第2把持部材168には、第1突出部12の形状に対応する形状の凹部184が設けられている。
また、図9における支持体30の上端面右端部には、第2中子部材154を間に挟んで対向する位置に、第1整列盤186、第2整列盤188が位置決め固定されている。
この摩擦撹拌接合用装置20は、以上の手段の他、図4及び図6に示すように、円筒体W2を押止するための第1押止手段190a、第2押止手段190bを有する。このうち、第1押止手段190aは、基台22に立設された支持盤192と、該支持盤192の平面部位上端面に載置・固定された上下動シリンダ194と、該上下動シリンダ194のピストンロッド196、及び支持盤192における柱状部位の上端部にリンク198、200を介して連結されたアーム部材202と、該アーム部材202の先端部に設置された押止部材204とを備える。この押止部材204の長手方向の寸法は、円筒体W2の長手方向の寸法と略同等である(図4参照)。
残余の第2押止手段190bは第1押止手段190aと同一構成であり、従って、第1押止手段190aと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
第1押止手段190a及び第2押止手段190bの各押止部材204が円筒体W2を押止した際には、両押止部材204の間に間隙210が形成される。この間隙210には、円筒体W2の端面同士が当接した箇所を接合するための摩擦撹拌接合用工具250が挿入される。
なお、この摩擦撹拌接合用工具250は、図示しない摩擦撹拌接合装置のスピンドルに固定された回転体252(図4参照)と、該回転体252の先端部に設けられたプローブ254とを有する。なお、前記スピンドルは、スピンドルカバー256内に収容されている。
このスピンドルカバー256の一側面にはステー258が設置されており、このステー258には、ロータリアクチュエータ260が支持固定されている。また、ステー258の凹部には、図示しない通路が内部に設けられた箱型の継手262が挿入されており、この継手262には、回転体252に向けて噴出される冷却用の圧縮エアを送気するためのエア導入チューブ264と、冷却用エア噴出管266とが接続されている。
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用装置20は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
この摩擦撹拌接合用装置20は、図示しない摩擦撹拌接合装置に設置されて使用される。まず、摩擦撹拌接合作業に先立ち、チューブ144a、144cを介して冷却水が供給される。
供給された冷却水は、支持体30に設けられた冷却水入口通路146(図10参照)を経由して、第2中子部材154に設けられた第1通路158、第2通路160を構成する各上部通路162に導入される。冷却水は、さらに、第2中子部材154の図5における右端部から左端部に指向して流通した後、該左端部にて各下部通路164に移動し、該下部通路164に沿って第2中子部材154の図5における左端部から右端部に指向して流通する。
各下部通路164を流通した冷却水は、支持体30に設けられた冷却水出口通路148(図10参照)を経由した後、チューブ144b、144dを介して摩擦撹拌接合用装置20の外部へと排出される。
また、図示しない前記圧縮エア用チューブを介して圧縮エアを供給する。この圧縮エアは、支持体30及び第2中子部材154の内部のエア通路172を通過して、第1中子部材152に設けられたエア噴出口174から排出される。
上記のようにして冷却水及び圧縮エアを第2中子部材154の内部に流通させるようにした後、第1突出部12及び第2突出部14が形成された円筒体W2(図2参照)の内部に、第1突出部12を先頭にして支持用中子32(図4及び図5参照)を通す。そして、該円筒体W2を支持用中子32に載置し、該支持用中子32を構成する第1中子部材152の湾曲上面に円筒体W2の内周壁を当接させる。
この場合、支持用中子32の長手方向は、摩擦撹拌接合用工具250の変位方向と平行である。従って、円筒体W2を摩擦撹拌接合用工具250の変位方向に沿ってセットすることができる。このため、円筒体W2を支持用中子32にセットした後に摩擦撹拌接合用工具250の変位方向に整合させるための位置合わせ等を行う必要がないので、摩擦撹拌接合作業を迅速に行うことができる。
そして、円筒体W2を支持用中子32に沿って変位させ、該円筒体W2の一端面の下方をストッパ部材40に当接させるとともに、該一端面の上方を第1整列盤186及び第2整列盤188に当接させる。
円筒体W2を変位させる際、鉛直押圧アーム308は、コイルスプリング314が伸張することに伴って屈曲部を支点として回動動作する。従って、鉛直押圧アーム308が円筒体W2の内周壁面を押止することはない。換言すれば、鉛直押圧アーム308を設けることによって円筒体W2が摩擦撹拌接合用装置20にセットできなくなることはない。
円筒体W2の変位が終了すると、コイルスプリング314が収縮することに伴って、鉛直押圧アーム308が屈曲部を支点として回動動作する。これにより、鉛直押圧アーム308が元の位置に戻る。
次に、変位用シリンダ48を付勢して、ピストンロッド50を前進動作させる。これに追従して位置決め用ブラケット46が押圧されることに伴い、係合用ブラケット44、ひいては第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28がレール42に案内されて変位する。
このようにして係合用ブラケット44が図6に破線で示す位置から実線で示す位置まで変位した場合、位置決め用ブラケット46が停止盤56に当接する。これにより第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28のそれ以上の変位が抑止され、支持体30の下方における所定の箇所に位置決めされる。
なお、この変位の際、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28の各支持用ロッド58、60は下死点に位置しているので、該支持用ロッド58、60が支持体30に当接することはない。このように、第2支持手段を第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28とすることにより、支持用ロッド58、60が支持体30に当接することを回避することができる。
次に、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28を付勢し、各支持用ロッド58、60を支持体30に指向して前進動作させる。すなわち、各支持用ロッド58、60は、図6における上方に指向して変位し、下方から支持体30を支持する。これにより、支持体30、ひいては円筒体W2が、柱状部材24、第1支持ナチュラルロックシリンダ26及び第2支持ナチュラルロックシリンダ28によって両端部から支持される。
次に、第1押止手段190a、第2押止手段190b(図4参照)の各上下動シリンダ194を付勢して、ピストンロッド196を上昇動作させる。これに伴い、アーム部材202がリンク198、200との結合箇所を支点として円筒体W2に指向して傾動動作し、最終的に、押止部材204が円筒体W2の外周壁面に当接する(図4、図6及び図10参照)。
その後、ピストンロッド196の圧が低減され、その結果、押止部材204が円筒体W2の外周壁部面に小さな押圧力で載置された状態となる。最終的に、押止部材204の押止力に比してコイルスプリング314の弾発付勢力が大きくなる。
以上により、円筒体W2は、上方の内周壁面が支持用中子32上に載置されるとともに、下方の内周壁面が鉛直押圧アーム308の長尺部304の頭部によって押圧されるようになる。上記したように、該円筒体W2の外周壁面上に載置された押止部材204の押止力に比してコイルスプリング314の弾発付勢力が大きいため、円筒体W2は鉛直下方に指向して若干伸張される。これにより、円筒体W2の断面が水平方向に長尺な楕円形状となることを回避することができる。また、第1凸部10aと第3凸部10c同士、又は、第2凸部10bと第4凸部同士が重畳している場合、前記の伸張に伴ってその重畳状態が若干解消される。
次に、水平押圧シリンダ70(図5参照)を付勢して、ピストンロッド72を前進動作させる。この前進動作に伴って、該ピストンロッド72の頭部に連結されたカム74(図7参照)が前進動作する。
カム74が前進動作すると、該カム74の上端面の係合溝80a〜80cが変位することに伴い、該係合溝80a〜80cに係合した突起部82a〜82cが押圧される。これにより該突起部82a〜82cが係合溝80a〜80c内に案内されながら摺動することに追従して、図7に破線で示すように、小ロッド78a〜78cが、カム74の前進動作方向と直交する方向に前進動作する。最終的に、小ロッド78a、78cと、小ロッド78bの各先端部に連結された押圧部材86a、86bが円筒体W2の内周壁面を水平方向に指向して押圧する。この際、押圧バー400a、400bの各長尺部406が円筒体W2の内周壁面によって押圧され、押圧部材86a、86b側に指向して回動動作する。この際、各コイルスプリング412が伸張する。
この押圧によって、円筒体W2が僅かに拡径する。換言すれば、当接した端面同士が僅かに離間する。円筒体W2の第1凸部10aと第3凸部10c同士、又は、第2凸部10bと第4凸部10d同士が重畳している場合、この離間によって重畳状態が解消される。また、円筒体W2が水平方向に伸張するので、円筒体W2の断面が鉛直方向に長尺な楕円形状となることを回避することもできる。
重畳状態を解消した後、ピストンロッド72を後退動作させることによって押圧部材86a、86bを後退動作させれば、円筒体W2が縮径し、第1凸部10aと第3凸部10c同士、第2凸部10bと第4凸部10d同士が重畳することなく当接して、第1突出部12、第2突出部14が形成される。これに伴い、円筒体W2の直径が大きくなる。換言すれば、円筒体W2が拡径される。
このように、本実施の形態においては、円筒体W2の内周壁面を鉛直方向及び水平方向に指向して押圧するようにしている。これにより、円筒体W2の断面が水平方向又は鉛直方向に長尺な楕円形状となることが回避されるので、結局、真円度の高いホイールリムを得ることができる。
第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が離間しているか否かは、エア噴出口174から噴出される圧縮エアにて確認することができる。端面同士が当接して間隙が存在しない場合、圧縮エアは、第1突出部12に遮断されて上昇しない。このため、第1突出部12の近傍で前記第2圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力は、エア噴出口174の近傍で前記第1圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力に比して大きくなる。
これに対し、第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が離間して間隙が存在する場合、圧縮エアは、該間隙を通過して上昇する。この場合、前記第2圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力は、前記第1圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力と略同等となる。
このようにして第1圧力センサ及び第2圧力センサでモニタリングされる圧縮エアの圧力を比較することにより、第1凸部10aと第3凸部10cの端面同士が離間しているか又は当接しているかを確実に検知することができる。端面同士が離間して間隙が存在する場合、ピストンロッド72をさらに後退動作させればよい。
ここで、押圧部材86a、86bが後退動作しても、円筒体W2が上記したように拡径されているので、押圧バー400a、400bの各長尺部406が円筒体W2の内周壁面に当接した状態が保持される。すなわち、円筒体W2の内周壁は、各コイルスプリング412の弾発付勢により、押圧バー400a、400bの各長尺部406によって水平方向に指向して押圧される。このように、円筒体W2が内周壁側から水平方向に押圧されることにより、該円筒体W2がその円周方向、すなわち、図6及び図10に示す矢印Z方向に指向して周回動作することが阻止される。
なお、この作業が終了した時点では、図11に示すように、第1凸部10aと第3凸部10cの先端部同士、第2凸部10bと第4凸部10dの先端部同士が接合方向に沿って位置ずれを起こしていてもよい。また、円筒体W2における第1突出部12側の端面が第1整列盤186、第2整列盤188から離間していてもよい。
次に、整列シリンダ88を付勢して、ピストンロッド90を介してフローティングロッド92を図5における右方に指向して後退動作させる。これに伴って後退動作する第1大ロッド98(図8参照)、第2大ロッド100に追従して、連結部材106及び載置用連結部材118、ひいては第1把持部材138及び整列用押圧部材142が図5における右方に変位する。
上記したように、第1把持部材138の先端部よりも整列用押圧部材142の先端部の方が円筒体W2に近接する。このため、円筒体W2の端面には、整列用押圧部材142の先端部がまず当接する。
円筒体W2の端面は、整列用押圧部材142に押圧されることにより、第1整列盤186、第2整列盤188に指向して変位する。そして、例えば、第1凸部10aが第3凸部10cに先行して変位する場合、第1凸部10aが設けられている側の端面が第1整列盤186に当接することによって変位が停止する。この状態で、整列用押圧部材142の変位がさらに続行されると、最終的に、第3凸部10cが設けられている側の端面が第2整列盤188に当接する。これにより第3凸部10cが設けられている側の端面の変位が停止して、円筒体W2の両端面が整列する。換言すれば、円筒体W2の両端面が面一となる。勿論、この整列に伴って整列用押圧部材142の変位も停止する。
ピストンロッド90及びフローティングロッド92(ともに図8参照)の後退動作は、さらに続行される。この際、整列用押圧部材142が円筒体W2の端面に押止されているので、載置用連結部材118及び整列用押圧部材142が変位することはない。
一方、第1大ロッド98、第2大ロッド100は、ボルト134a、134b及び円筒体状カバー部材136a、136bを介して、ケーシング130に収容されたコイルスプリング128a、128bを押圧・収縮させる。この収縮分が第1大ロッド98及び第2大ロッド100のさらなるストロークとなり、結局、連結部材106、ひいては第1把持部材138のさらなる変位量となる。
このようにして第1把持部材138が変位した結果、凹部140に第2突出部14が嵌合する。上記したような重畳解除作業及び端面位置合わせ作業が施されているので、凹部140に嵌合した第2突出部14において、第2凸部10bと第4凸部10dとが重畳していることはなく、また、これら第2凸部10bと第4凸部10dの先端部同士が位置ずれしていることもない。
次に、把持シリンダ178を付勢して、ピストンロッド180を介して押圧盤182及び第2把持部材168を図5及び図9における左方に変位させる。最終的に、図9に示すように、第2把持部材168の湾曲凹部170にピン166が進入するとともに、凹部184に第1突出部12が嵌合する。勿論、第1突出部12においても、第1凸部10aと第3凸部10c同士が重畳していることはなく、また、これら第1凸部10aと第3凸部10cの先端部同士が位置ずれしていることもない。
以上のように第1突出部12及び第2突出部14が第2把持部材168及び第1把持部材138の各凹部140、184にそれぞれ嵌合することに伴って、円筒体W2が第1把持部材138及び第2把持部材168に把持される。
次に、ピストンロッド196に圧を再度加え、押止部材204で円筒体W2の外周壁面を押圧する。これにより、円筒体W2は、押止部材204にて外周壁面側から押圧され、且つ支持用中子32にて内周壁面側から押圧されるに至る。換言すれば、円筒体W2は、支持用中子32及び押止部材204に挟持され、このために該円筒体W2が開いて板材形状に戻ることが確実に阻止される。
この状態で、摩擦撹拌接合用工具250にて、円筒体W2における直線状の当接端面が摩擦撹拌接合される。
なお、摩擦撹拌接合に先立ち、回転体252に指向して冷却用の圧縮エアが噴出される。具体的には、ロータリアクチュエータ260の作用下に継手262が図4における仮想線に示す位置から回動動作し、その結果、冷却用エア噴出管266の湾曲した先端部が回転体252に対向する。この状態で、図示しない圧縮エア源から圧縮エアが供給され、該圧縮エアは、エア導入チューブ264、継手262及び冷却用エア噴出管266を介して回転体252に指向して噴出される。
次に、摩擦撹拌接合用工具250を押止部材204同士の間隙210に挿入して回転体252を回転付勢した後、プローブ254を第1突出部12の任意の位置に摺接させる。この摺接に伴って摩擦熱が発生し、第1突出部12におけるプローブ254の当接箇所が軟化することにより該プローブ254の先端部が第1突出部12に埋没する。
次に、回転体252の回転付勢を続行した状態で、摩擦撹拌接合用工具250を第2突出部14に指向して移動させる。この際、軟化した円筒体W2における当接箇所の肉は、プローブ254にて撹拌されることに伴って塑性流動し、該プローブ254が移動した後に冷却固化することに伴って固相接合する。この現象が逐次的に繰り返されることにより、円筒体W2の当接箇所が一体的に固相接合されるに至る。
なお、基台22の底部が傾斜しているため、円筒体W2も、水平方向に対して傾斜している。このため、摩擦撹拌接合用工具250が移動する際、該円筒体W2とプローブ254との接触面積は、該円筒体W2が水平に支持されている場合に比して小さくなる。このため、プローブ254に対する負荷を小さくすることができる。
また、摩擦撹拌接合用工具250が移動する際、該摩擦撹拌接合用工具250は、図示しない摩擦撹拌接合装置の作用下に、円筒体W2の傾斜に合わせて徐々に下降動作する。すなわち、プローブ254が円筒体W2から離脱することはない。
この場合、上記したように、円筒体W2に第1突出部12及び第2突出部14を設け、これら第1突出部12及び第2突出部14を第1把持部材138及び第2把持部材168により把持し、さらに、該円筒体W2を支持用中子32及び押止部材204で挟持するようにしている。このため、円筒体W2が開いて板材形状に戻ることを確実に阻止することができ、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
また、第1突出部12においては、第1凸部10aと第3凸部10c同士の重畳も接合方向に沿う位置ずれもない。勿論、第2突出部14においても、第2凸部10bと第4凸部10d同士の重畳も接合方向に沿う位置ずれもない。さらに、円筒体W2の真円度が高いので、端面同士は、鉛直方向においても全体にわたって位置ずれを起こすことなく当接している。このため、上記の摩擦撹拌接合作業を行うことにより、所定の直径及び長さを有するホイールリムを確実に、しかも、効率よく製作することができる。すなわち、寸法精度が極めて良好なホイールリムを得ることができる。
しかも、摩擦撹拌接合によれば、***部を形成することなく当接箇所を接合することが可能であり、従って、仕上げ作業が不要となる。このため、外観が良好なホイールリムを効率よく製作することができる。
その上、端面同士の鉛直方向に沿う位置ずれがほとんどない。従って、接合部に空洞が生じることを回避することもできる。
さらにまた、押圧バー400a、400bの各長尺部406で円筒体W2を内周壁側から押圧することによって円筒体W2が周回動作することを阻止しているので、摩擦撹拌接合用工具250のプローブ254が当接箇所に確実に埋没される。このため、当接した端面同士が良好に撹拌され、結局、未接合部が生じることを回避することができる。
以上のようにして摩擦撹拌接合作業が遂行される間、円筒体W2にプローブ254が摺接することに伴って、該円筒体W2に摩擦熱及び加工熱が発生する。これらの熱は、支持用中子32に伝達される。
ここで、支持用中子32を構成する第2中子部材154の内部には、上記したように冷却水が流通されている。このため、第1中子部材152を介して第2中子部材154に伝達された熱は、冷却水によって速やかに除去される。これにより、支持用中子32が所定の温度、例えば、50℃を上回ることのないように制御される。このため、円筒体W2の温度が上昇することも抑制されるので、摩擦撹拌接合の最中に該円筒体W2にバリが発生することを回避することもできる。
また、摩擦撹拌接合を行うプローブ254も、冷却用エア噴出管266から噴出された圧縮エアによって冷却されている。これにより、回転体252が特に円筒体W2の外周壁面に指向して熱膨張を起こすことを回避することができる。このため、プローブ254の埋没量が略一定となるので、寸法精度が良好な製品を、バリを発生させることなく連続して得ることができる。
円筒体W2の摩擦撹拌接合が終了した後、上下動シリンダ194を付勢してピストンロッド196を下降動作させることで押止部材204を円筒体W2から離間させる。さらに、把持シリンダ178のピストンロッド180を図5における右方に後退動作させる一方で、整列シリンダ88のピストンロッド90を図5における左方に前進動作させる。これにより、第1突出部12が第2把持部材168から離間するとともに、第2突出部14が第1把持部材138から離間する。結局、第1突出部12及び第2突出部14を有する円筒体W2が摩擦撹拌接合用装置20から解放される。
円筒体W2を支持用中子32から離脱させた後、最後に、第1突出部12及び第2突出部14を切断除去すれば、寸法精度が極めて良好なホイールリムが得られるに至る。
このように、水平押圧シリンダ70で第1凸部10aと第3凸部10c、及び第2凸部10bと第4凸部10dの重畳を解消し、且つ整列シリンダ88で第1凸部10aと第3凸部10c、及び第2凸部10bと第4凸部10dの位置合わせを行うことにより、寸法精度が極めて良好なホイールリムを簡便に、しかも、効率よく製作することができる。
この切断除去作業を遂行する一方で、次なる円筒体W2が摩擦撹拌接合用装置20にセットされる。この円筒体W2の内周壁面は、支持用中子32を構成する第1中子部材152の湾曲上面に当接する。
上記したように、第2中子部材154の内部には冷却水が流通されており、従って、支持用中子32の温度が上昇することが著しく抑制されている。このため、次に摩擦撹拌接合される円筒体W2が摩擦撹拌接合用装置20にセットされた際、支持用中子32から円筒体W2に熱が伝達されて該円筒体W2の温度が上昇することを回避することができる。これにより、次なる円筒体W2の金属組織が変化することを回避することができるので、連続的に製作されるホイールリムにおける強度等の機械的諸特性にバラツキが生じることを回避することができる。
このように、円筒体W2の内周壁面に当接する支持用中子32の内部に冷却水を流通することにより、品質に差異がないホイールリムを連続して製作することが著しく容易となる。
なお、本実施の形態においては、円筒体としてホイールリムを例示して説明したが、特にこれに限定されるものではない。
また、冷却媒体は冷却水に限定されるものではなく、オイル等を使用するようにしてもよい。