JP5631162B2 - 摩擦攪拌接合方法 - Google Patents
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Description
すなわち、上記従来の摩擦攪拌接合装置・接合方法にあっては、被接合部材の接合箇所が略直角に方向変換する直線同士で連結されている場合、また、異なる方向の直線間が小さい曲線で連結されている場合には、それらを連結する中間部にてピンの進行方向を変える必要があるため、ピン等の回転速度に方向変換速度が加わるため発熱量が高くなりすぎ、この結果、被接合部材が融点に達したり、ピンの耐久性が低下したりするなどの不具合が生じるといった問題がある。
ツール本体の先端部に設けたピンと、このピンの周辺でツール本体の先端面に形成したショルダ面と、を、これらの進行方向に対し前進角を有した状態でこれらの軸心まわりに回転させながら被接合部材の接合箇所に挿入して被接合部材に対し相対移動させることにより発生した摩擦熱で被接合部材の接合箇所を塑性流動させて接合箇所を接合する摩擦攪拌接合方法において、
被接合部材の接合箇所は、第1直線部と、この第1直線部と方向を異にする第2直線部と、第1直線部および第2直線部とを連結する中間部とを有し、
ピンおよびショルダの回転速度を、中間部では第1直線部および第2直線部での回転速度よりも低下させるとともに、ピンおよびショルダ面の移動速度を、中間部では第1直線部および第2直線部での移動速度よりも低下させて、被接合部材、ピンおよびショルダ面の中間部での摩擦熱にて発生する温度が第1直線部および第2直線部での摩擦熱にて発生する温度より低下するように、回転速度と、移動速度と、中間部でのピンおよびショルダ面の移動時間とを設定するようにした、
ことを特徴とする。
回転筒体5は、この上端側にフランジ部51が、また下端側にリング状斜め座面部52がそれぞれ設けられている。フランジ部51の外周にはギヤ歯51aが形成され、このギヤ歯51aが、θ軸サーボモータ94の出力軸に取り付けたウォーム54に噛み合わされ、θ軸サーボモータ94の駆動によりウォーム54、ギヤ歯51aを介して回転筒体5が軸心Q周りに回転可能とされている。
回転筒体5の孔には、軸心Qに対し角度α傾けてカラー53が挿入固定されている。したがって、θ軸サーボモータ94の駆動により回転筒体5を回転させると、カラー53はこの軸心βが軸心Qに対し角度αだけ傾いて状態で軸心Qの周りを回転する。なお、この角度αは、ツール8の前進角となる。
なお、ツール8の前進角となるツール支持部材6の傾斜角度は、異なる傾斜孔を有する回転筒体51を交換することで設定を変えることができる。
なお、ツール8の回転は、図2に示すように、ツール本体81のショルダ面83の中心点0を回転中心として回動(ジャイロ運動)させられるようになっている。したがって、ピン83は、この先端が中心点Oを周りに軸心Qに対し角度αをなす円上を動くことになる。
この状態から、S軸サーボモータ95の駆動が開始され、その回転速度が所定の高速回転速度で安定すると、Z軸サーボモータ93が垂直スライドフレーム4を下降させる方向に駆動して、高速回転するツール8のピン82を、被接合部材10の始点・終点位置Fに当接して所定の深さ(図2のようにピン82とショルダ面83の一部が被接合部材の接合箇所に挿入される位置)まで挿入させたら、Z軸サーボモータ93の駆動を停止させる。なお、この時のツール前進角方向は、θ軸サーボモータにてあらかじめ図5上で右方向(第1直線部11方向)となるように制御されている。
回転筒体52の回転が完了してツール前進角方向が図5上で上方向(第2直線部12方向)になると、S軸サーボモータ95の回転速度を所定の高速回転に戻し、Y軸サーボモータ92をツール8が前進する方向(図5上で上方向)に駆動して第2直線部12の摩擦攪拌接合を開始する。なお、Y軸サーボモータ92の駆動によるツール8の移動速度が加速するのに合わせてS軸サーボモータ95によるツール8の回転速度を加速させる。
そして、ツール8の移動速度および回転速度を一定に保った状態でツール8が中間部(角部)C2の少し手前まで移動すると、Y軸サーボモータ92の駆動を停止させてツール8の移動を減速させると共に、S軸サーボモータ95の回転速度の減速を開始し、中間部(角部)C2まで移動した時点で、θ軸サーボモータ94を駆動して、回転筒体51を反時計方向に90度回転させる。
そして、ツール8の移動速度および回転速度を一定に保った状態でツール8が中間部(角部)C3の少し手前まで移動すると、X軸サーボモータ91の駆動を停止させてツール8の移動を減速させると共に、S軸サーボモータ95の回転速度の減速を開始し、中間部(角部)C3まで移動した時点でθ軸サーボモータ94を駆動して、回転筒体51を反時計方向に90度回転させる。
そして、ツール8の移動速度および回転速度を一定に保った状態でツール8が中間部(角部)C4の少し手前まで移動すると、Y軸サーボモータ92の駆動を停止させてツール8の移動を減速させると共に、S軸サーボモータ95の回転速度の減速を開始し、中間部(角部)C4まで移動した時点で、Y軸サーボモータ92の駆動を停止し、θ軸サーボモータ94を駆動して、回転筒体51を反時計方向に90度回転させる。
(1) 本発明実施例1では、ピン82およびショルダ面83の回転速度を、中間部(角部)C1、C2、C3、C4では第1直線部11、第2直線部12、第3直線部13、第4直線部14よりも減速させるようにしたので、被接合部材10の接合箇所の中間部(角部)C1、C2、C3、C4が略直角に方向変換する直線同士で連結されている場合でも、摩擦熱で発生する温度を下げることで、被接合部材10、ピン82、ショルダ面83の温度が高温になりすぎるのを防止して、被接合部材10を安定して接合することができる。
これにより、ツール8が所定の減速速度に低下するまでのタイムラグを無くし、中間部(角部)C1、C2、C3、C4におけるツール8の回転速度を所定の減速速度まで低下させることで、被接合部材10、ピン82、ショルダ面83の温度上昇を抑制することができる。
すなわち、実施例2では、水平スライドテーブル2にセットされる被接合部材10の接合箇所は、図7に示すように、角を小さな曲線とした略方形で、第1直線部11、第2直線部12、第3直線部13、第4直線部14の互いに隣接する中間部(小R部)D1〜D4が、円弧である点で、上記実施例1の場合とは相違している。
この状態から、S軸サーボモータ95の駆動が開始され、その回転速度が所定の高速回転速度で安定すると、Z軸サーボモータ93が垂直スライドフレーム4を下降させる方向に駆動し、被接合部材10の始点・終点位置Fに高速回転するツール8のピン82を当接して所定の深さまで挿入させたら、Z軸サーボモータ93の駆動を停止させる。この時のツール前進角方向は図7上で右方向(第1直線部11方向)となるように制御されている。
ツール8が小R部D1の少し手前まで移動すると、まずX軸サーボモータ91の駆動速度を所定の減速速度まで低減するための減速を開始させると共に、S軸サーボモータ95の回転速度を所定の減速速度まで低減するための減速を開始し、ツール8が小R部D1まで移動した時点で、X軸サーボモータ91の駆動速度を実施例1の場合に比べ緩やかに低減させていくと同時に、Y軸サーボモータ92の駆動を開始してその駆動速度を、駆動速度がゼロのままである実施例1の場合と異なり緩やかに上昇させることにより、ツール8をショルダ面83の中心点Oを中心として小R部D1の曲線に沿って移動させる。
そして、ツール8が小R部D1の曲線に沿って移動する間にθ軸サーボモータ94を駆動して、回転筒体51を反時計方向に90度回転させることにより、小R部D1におけるツール8の前進角方向が常にツール8の移動方向に向くように制御される。
そして、ツール8が小R部D2の曲線に沿って移動する間にθ軸サーボモータ94を駆動して、回転筒体51を反時計方向に90度回転させることにより、小R部D2におけるツール8の前進角方向が常にツール8の移動方向に向くように制御される。
そして、ツール8が小R部D3の曲線に沿って移動する間にθ軸サーボモータ94を駆動して、回転筒体51を反時計方向に90度回転させることにより、小R部D3におけるツール8の前進角方向が常にツール8の移動方向に向くように制御される。
そして、ツール8が小R部D4の曲線に沿って移動する間にθ軸サーボモータ94を駆動して、回転筒体51を反時計方向に90度回転させることにより、小R部D4におけるツール8の前進角方向が常にツール8の移動方向に向くように制御される。
これで被接合部材10の摩擦攪拌接合を終了する。
(5) 本発明実施例2では、ピン82およびショルダ面83の回転速度を、小R部D1、D2、D3、D4では第1直線部11、第2直線部12、第3直線部13、第4直線部14よりも減速させるようにしたので、被接合部材10の接合箇所の互いに隣接する直線部間(中間部)が曲線(小R部D1、D2、D3、D4)で連結されている場合、中間部において摩擦熱で発生する温度を下げることで、被接合部材10、ピン82、ショルダ面83の温度が高温になりすぎるのを防止して、被接合部材10を安定して接合することができる。
これにより、ツール8が所定の減速速度に低下するまでのタイムラグを無くし、中間部が曲線(小R部D1、D2、D3、D4)で連結されている場合でも、連続して摩擦攪拌接合が可能となる。また、中間部D1〜D4にあっては、ショルダ面83の中心点Oが被接合部材10の接合箇所に沿うようにツール8を回転させるので、加工軌跡を接合箇所に容易に合わせることが可能である。
2 水平スライドテーブル
3 門型フレーム
4 垂直スライドフレーム
5 回転筒体
6 ツール支持部材
7 ツールチャック
8 ツール
9 コントローラ
10 被接合部材
11 第1直線部
12 第2直線部
13 第3直線部
14 第4直線部
21 X方向スライド機構
22 Y方向スライド機構
41 Z方向スライド機構
51 フランジ部
51a ギヤ歯
52 リング状斜め座面部
53 カラー
54 ウォーム
81 ツール本体
82 ピン
83 ショルダ面
91 X軸サーボモータ
91a X軸サーボアンプ
92 Y軸サーボモータ
92a Y軸サーボアンプ
93 Z軸サーボモータ
93a Z軸サーボアンプ
94 θ軸サーボモータ
94a θ軸サーボアンプ
95 S軸サーボモータ
95a S軸サーボアンプ
C1、C2、C3、C4 中間部(角部)
D1、D2、D3、D4 中間部(小R部)
0 ツールの先端面の中心点
Q 回転筒体の軸心
β ツール支持部材6の軸心β
Claims (3)
- ツール本体の先端部に設けたピンと、該ピンの周辺で前記ツール本体の先端面に形成されたショルダ面と、を、これらの進行方向に対し前進角を有した状態でこれらの軸心まわりに回転させながら被接合部材の接合箇所に挿入して前記被接合部材に対し相対移動させることにより発生した摩擦熱で前記被接合部材の接合箇所を塑性流動させて接合箇所を接合する摩擦攪拌接合方法において、
前記被接合部材の接合箇所は、第1直線部と、該第1直線部と方向を異にする第2直線部と、前記第1直線部および前記第2直線部とを連結する中間部とを有し、
前記ピンおよび前記ショルダの回転速度を、前記中間部では前記第1直線部および前記第2直線部での回転速度よりも低下させるとともに、前記ピンおよび前記ショルダ面の移動速度を、前記中間部では前記第1直線部および前記第2直線部での移動速度よりも低下させて、前記被接合部材、前記ピンおよび前記ショルダ面の前記中間部での摩擦熱にて発生する温度が前記第1直線部および前記第2直線部での摩擦熱にて発生する温度より低下するように、前記回転速度と、前記移動速度と、前記中間部での前記ピンおよび前記ショルダ面の移動時間とを設定するようにした、
ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 請求項1に記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記中間部は、略直角または曲線である、
ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 - 請求項1又は請求項2に記載の摩擦攪拌接合方法において、
前記ツール本体と前記ピンとは、これらの軸心が前記ショルダ面の中心点を通るように設定し、
前記中間部で前記ピンの進行方向を変えるときには、前記ツール本体を前記ショルダ面の中心点を回転中心として回動させるようにした、
ことを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
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