JP6540794B2 - Friction stir welding machine - Google Patents
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Description
本開示は、ワーク間の接合部の摩擦撹拌接合に用いられる摩擦撹拌接合装置に関する。
本願は、２０１５年３月１８日に日本に出願された特願２０１５−０５４６０６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。The present disclosure relates to a friction stir welding apparatus used for friction stir welding of a joint between workpieces.
Priority is claimed on Japanese Patent Application No. 2015-054606, filed March 18, 2015, the content of which is incorporated herein by reference.
摩擦撹拌接合装置に用いられる摩擦撹拌接合ツール（摩擦撹拌接合用工具）としては、プローブと一体に回転する回転式ショルダを備えた形式と、回転するプローブと非回転の固定式ショルダとを備えた形式が知られている。 The friction stir welding tool (tool for friction stir welding) used in the friction stir welding apparatus includes a type equipped with a rotary shoulder that rotates integrally with the probe, and a rotary probe and a non-rotating fixed shoulder. The format is known.
固定式ショルダを備える摩擦撹拌接合ツールとしては、接合すべきワーク同士の角隅部（内隅部）を摩擦撹拌接合するために、固定式ショルダは角隅部を形成する両ワーク表面に当接する面を備える形状が知られている。 As a friction stir welding tool provided with a fixed shoulder, the fixed shoulder abuts on both work surfaces forming the corner in order to friction stir weld a corner (inner corner) of the workpieces to be joined. Shapes with faces are known.
前記のような角隅部接合用の摩擦撹拌接合ツールを用いる摩擦撹拌接合装置としては、水平な第１のワーク（水平部材）と、その上に立設される第２のワーク（立設部材）との突き合わせによって形成された２つの角隅部を、一対の摩擦撹拌接合ツールを用いて、立設される第２のワークの両側から摩擦撹拌接合する装置が、従来提案されている（たとえば、特許文献１参照）。 As a friction stir welding apparatus using the friction stir welding tool for corner corner welding as described above, a horizontal first work (horizontal member) and a second work (standing member erected thereon) are provided. An apparatus has conventionally been proposed (for example, friction stir welding of two corner portions formed by butt jointing with each other) from both sides of a second workpiece erected using a pair of friction stir welding tools (for example, , Patent Document 1).
この摩擦撹拌接合装置は、ワークを跨ぐように配置された門形のフレーム（門柱）を備える。フレームに設けられた押圧機構により、立設される第２のワークを上方から押圧して水平な第１のワークに対して押し付けることで、第２のワークが第１のワーク上に立設する接合姿勢を保持する。この状態で、フレームに設けられた別の押圧機構により、一対の摩擦撹拌接合ツールをワーク間の角隅部にそれぞれ押圧して、角隅部の摩擦撹拌接合を行う。 This friction stir welding apparatus includes a gate-shaped frame (gate post) arranged to straddle the workpiece. The second work is erected on the first work by pressing the second work erected from above from above and pressing it against the horizontal first work by the pressing mechanism provided on the frame Hold the bonding posture. In this state, the friction stir welding of the corner portions is performed by pressing the pair of friction stir welding tools to the corner portions between the works by another pressing mechanism provided on the frame.
固定式ショルダを備えた摩擦撹拌接合ツールによる角隅部の摩擦撹拌接合を行う際に、フィラーを加えて、接合後の角隅部に湾曲面（肉盛りによるフィレット）を形成させるようにしたＡｄＳｔｉｒと云われる手法も、従来提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。 When performing friction stir welding of a corner with a friction stir welding tool equipped with a fixed shoulder, a filler is added to form a curved surface (fillet due to overlaying) at the corner after welding. A method referred to as has also been proposed conventionally (see, for example, Non-Patent Document 1).
特許文献１に示された摩擦撹拌接合装置では、摩擦撹拌接合を行う際、摩擦撹拌接合ツールを角隅部に押圧すると、その押圧荷重の反力がフレームに入力される。
In the friction stir welding apparatus disclosed in
この際、姿勢保持用の押圧機構によって保持されている立設される第２のワークの接合姿勢の精度が、摩擦撹拌接合ツールの押圧荷重の反力の影響を受ける。 At this time, the accuracy of the joining posture of the erected second workpiece held by the posture holding pressing mechanism is influenced by the reaction force of the pressing load of the friction stir welding tool.
非特許文献１には、摩擦撹拌接合時に接合対象となる角隅部を形成したワークの接合姿勢を保持する手段は、特に示されていない。
本開示は、接合すべきワーク同士の接合姿勢を、摩擦撹拌接合ツールの押圧荷重の反力の影響を受けない状態で保持しながら、ワーク間の接合部を摩擦撹拌接合することができる摩擦撹拌接合装置を提供することを目的とする。 The present disclosure is a friction stir welding that can friction stir weld a joint between workpieces while holding a joining posture of workpieces to be joined without being affected by a reaction force of a pressing load of a friction stir welding tool. It aims at providing a joining device.
本開示の一態様の摩擦撹拌接合装置は、互いに接する複数のワークの間の接合部を摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合ツールを備える接合装置本体と、前記接合装置本体とは別体に形成され、前記接合部の摩擦撹拌接合を行うときに前記ワークを保持するよう構成される転動体を有するワーククランプユニットとを備える。 A friction stir welding apparatus according to an aspect of the present disclosure is formed separately from a welding apparatus main body including a friction stir welding tool for friction stir welding a joint between a plurality of workpieces in contact with each other, and the welding apparatus main body separately. And a work clamp unit having rolling elements configured to hold the work when performing friction stir welding of the joint.
本開示の摩擦撹拌接合装置によれば、接合すべきワーク同士の接合姿勢を、摩擦撹拌接合ツールの押圧荷重の反力の影響を受けない状態で保持しながら、ワーク間の接合部を摩擦撹拌接合することができる。 According to the friction stir welding apparatus of the present disclosure, the joint between the works is friction stirred while holding the bonding posture of the works to be joined in a state not affected by the reaction force of the pressing load of the friction stir welding tool. It can be joined.
本開示の摩擦撹拌接合装置について、図面を参照して説明する。 The friction stir welding apparatus of the present disclosure will be described with reference to the drawings.
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の摩擦撹拌接合装置を示す概略側面図である。図２は図１の概略平面図、図３は図１のＡ−Ａ方向矢視図である。図４Ａは、摩擦撹拌接合ツールの部分を拡大して示す平面図であり、図４Ｂは図４ＡのＢ−Ｂ方向矢視図である。図５は第１実施形態における接合装置本体を摩擦撹拌接合時にワークが移動する方向に沿って見た拡大図である。図６は第１実施形態におけるワーククランプユニットを拡大して示す側面図である。図７は図６のＣ−Ｃ方向矢視図である。図８Ａは、第１実施形態におけるワークテーブルを拡大して示す平面図であり、図８Ｂは、ワークテーブルを拡大して示す側面図である。図９は第１実施形態におけるテーブル移動経路を示す概略平面図である。図１０は接合装置本体のツール押圧部における軸直交方向移動ユニットを示す一部切断図である。図１１は図１０のＤ−Ｄ方向矢視図である。図１２は接合装置本体のツール押圧部における軸方向移動ユニットを示す一部切断図である。図１３は図１２のＥ−Ｅ方向矢視図である。First Embodiment
FIG. 1 is a schematic side view showing the friction stir welding apparatus of the first embodiment. 2 is a schematic plan view of FIG. 1, and FIG. 3 is a view taken in the direction of arrows AA in FIG. FIG. 4A is a plan view showing a portion of the friction stir welding tool in an enlarged manner, and FIG. 4B is a view taken in the direction of arrows B in FIG. 4A. FIG. 5 is an enlarged view of the welding device main body in the first embodiment, viewed along the direction in which the workpiece moves at the time of friction stir welding. FIG. 6 is an enlarged side view showing the work clamp unit in the first embodiment. 7 is a view in the direction of arrows C-C in FIG. FIG. 8A is a plan view showing the work table in the first embodiment in an enlarged manner, and FIG. 8B is a side view showing the work table in an enlarged manner. FIG. 9 is a schematic plan view showing the table movement path in the first embodiment. FIG. 10 is a partial cutaway view showing an axial orthogonal direction moving unit in the tool pressing portion of the welding device main body. FIG. 11 is a view on arrow D-D in FIG. FIG. 12 is a partial cutaway view showing an axial movement unit in the tool pressing portion of the welding device main body. FIG. 13 is a view on arrow E-E in FIG.
本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、図４Ｂに示すように、第１のワークＷ１と、第１のワークＷ１の面Ｐ１に対し所定の角度で交差する姿勢で端縁が突き合わされた第２のワークＷ２とにより形成される２つの角隅部（内隅部）ｃ１，ｃ２を、摩擦撹拌接合の対象とする。本実施形態では、一例として、第１のワークＷ１の面Ｐ１が水平に配置され、第２のワークＷ２が鉛直な姿勢で第１のワークＷ１の面Ｐ１に対して上方から突き合わされている場合について説明する。 In the friction stir welding apparatus according to the present embodiment, as shown in FIG. 4B, the second work W1 and the second work W1 are abutted with each other at a predetermined angle so as to intersect with the plane P1 of the first work W1. The two corner portions (inner corner portions) c1 and c2 formed by the work W2 and the workpiece W2 are subjected to friction stir welding. In the present embodiment, as an example, the surface P1 of the first work W1 is disposed horizontally, and the second work W2 is vertically butted against the surface P1 of the first work W1 from above. Will be explained.
なお、説明の便宜上、角隅部ｃ１，ｃ２の延びる方向をｘ軸方向、ｘ軸方向に垂直な平面内で第１のワークＷ１の面Ｐ１に平行な方向をｙ軸方向、ｘ軸方向及びｙ軸方向の双方に直交する方向をｚ軸方向とする３次元直交座標系を設定する。本実施形態では、第１のワークＷ１の面Ｐ１に沿うｘｙ平面が水平面となるので、ｚ軸方向が鉛直方向となり、第２のワークＷ２は鉛直面であるｘｚ平面に沿って配置されている。 For convenience of explanation, the directions in which the corner portions c1 and c2 extend are the x-axis direction, the direction parallel to the surface P1 of the first work W1 in a plane perpendicular to the x-axis direction is the y-axis direction, the x-axis direction A three-dimensional orthogonal coordinate system is set in which the z-axis direction is a direction orthogonal to both the y-axis directions. In the present embodiment, since the xy plane along the plane P1 of the first work W1 is a horizontal plane, the z-axis direction is a vertical direction, and the second work W2 is disposed along the xz plane which is a vertical plane. .
本開示では、ｘｙ平面は、ｘ軸方向とｙ軸方向に沿う平面を示し、ｘｚ平面は、ｘ軸方向とｚ軸方向に沿う平面を示し、ｙｚ平面は、ｙ軸方向とｚ軸方向に沿う平面を示す。ｘｙ平面、ｘｚ平面、およびｙｚ平面は、位置が特定された平面を意味しない。 In the present disclosure, the xy plane indicates a plane along the x-axis direction and the y-axis direction, the xz plane indicates a plane along the x-axis direction and the z-axis direction, and the yz plane indicates the y-axis direction and the z-axis direction Show the plane along. The xy plane, the xz plane, and the yz plane do not mean the plane where the position is specified.
本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、図１から図３に示すように、架台８の表面に定置された接合装置本体５と、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とを前述した接合姿勢で配置するワークテーブル１０と、架台８の表面でのワークテーブル１０のｘ軸方向の移動をガイドするテーブル移動経路１１（図７参照）と、ワークテーブル１０の移動機構１２とを備える。更に、本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、接合装置本体５とは別体に形成されるワーククランプユニット９を備える。
In the friction stir welding apparatus according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, the welding apparatus
本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、図１から図３に示すように、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを備えた接合装置本体５が架台８に設置され、接合装置本体５に対し、ワークＷ１，Ｗ２を図１、図２に矢印ｗで示すようにｘ軸方向に沿う一方向に移動させる。摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂは、ワークＷ１，Ｗ２の移動に伴って、角隅部ｃ１，ｃ２に対して相対的に移動して摩擦撹拌接合を行う。ワーククランプユニット９は、接合装置本体５よりもツール相対移動方向ｔの前側（図１、図２では左側）に配置されている。ツール相対移動方向ｔとは、摩擦撹拌接合を行う際に、角隅部ｃ１，ｃ２を基準として、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂ及び接合装置本体５が相対的に移動する方向である。本実施形態では、図１、図２に示すように、ツール相対移動方向ｔは、ワークＷ１，Ｗ２の実際の移動方向（矢印ｗで示す方向）とは逆向きとなる。
In the friction stir welding apparatus according to the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 3, the welding apparatus
本実施形態の接合装置本体５は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、２つの角隅部ｃ１，ｃ２のうち、第２のワークＷ２の一方の側面Ｐ２ａ側の角隅部ｃ１の接合に用いる第１の摩擦撹拌接合ツール１ａと、他方の側面Ｐ２ｂ側の角隅部ｃ２の接合に用いる第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂとを有している。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the
第１の摩擦撹拌接合ツール１ａは、回転駆動可能なプローブ２ａと、プローブ２ａの基端側の外周に配置された固定式ショルダ３ａとを備える。プローブ２ａは、プローブ２ａの軸心方向がｙｚ平面内で角隅部ｃ１の角度の二等分線に平行となるように配置されることが好ましい。本実施形態では、角隅部ｃ１が直角であるため、プローブ２ａの軸心方向は、ｙｚ平面内で第２のワークＷ２に沿うｚ軸方向（鉛直方向）から一方の側面Ｐ２ａ側へ４５度傾斜させた斜め下向きの角度をなすように配置されている。固定式ショルダ３ａは、プローブ２ａの先端寄りに配置される端部が、角隅部ｃ１を形成させる第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ａとにそれぞれ接触する２つのワーク接触面４ａを備える山形（Ｖ字形状）である。
The first friction
第１の摩擦撹拌接合ツール１ａは、図５に示すように、接合装置本体５にて、プローブ２ａを回転駆動する回転駆動部７ａを備えた第１の主軸ユニット６ａの先端側に取り付けられた状態で使用される。
As shown in FIG. 5, the first friction
第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂは、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、回転駆動可能なプローブ２ｂと、プローブ２ｂの基端側の外周に配置された固定式ショルダ３ｂとを備える。プローブ２ｂは、プローブ２ｂの軸心方向がｙｚ平面内で角隅部ｃ２の角度の二等分線に平行となるように配置されることが好ましい。本実施形態では、角隅部ｃ２が直角であるため、プローブ２ｂの軸心方向は、ｙｚ平面内で第２のワークＷ２に沿うｚ軸方向（鉛直方向）から他方の側面Ｐ２ｂ側へ４５度傾斜させた斜め下向きの角度をなすように配置されている。固定式ショルダ３ｂは、プローブ２ｂの先端寄りに配置される端部が、角隅部ｃ２を形成させる第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ｂとにそれぞれ接触する２つのワーク接触面４ｂを備える山形（Ｖ字形状）である。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the second friction
第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂは、図５に示すように、接合装置本体５にて、プローブ２ｂを回転駆動する回転駆動部７ｂを備えた第２の主軸ユニット６ｂの先端側に取り付けられた状態で使用される。
As shown in FIG. 5, the second friction
本実施形態では、図４Ａに示したように、第１の摩擦撹拌接合ツール１ａと第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂにおいては、固定式ショルダ３ａ，３ｂ同士、及び、プローブ２ａ，２ｂ同士が第２のワークＷ２を挟んでｘ軸方向の同位置に配置される。このため、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを装着した主軸ユニット６ａ，６ｂは、図５に示すように、一つのｙｚ平面に沿ってＶ字状に配置される。
In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, in the first friction
第１の摩擦撹拌接合ツール１ａと第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂにおいては、図４Ｂに示すように、第２のワークＷ２の両面側で角隅部ｃ１と角隅部ｃ２の摩擦撹拌接合を同時に行うときに、角隅部ｃ１，ｃ２に没入させるプローブ２ａ，２ｂ同士、更には、プローブ２ａ，２ｂによる角隅部ｃ１，ｃ２の撹拌領域ｓ１，ｓ２同士に干渉が生じないように、プローブ２ａ，２ｂの固定式ショルダ３ａ，３ｂからの突出量が設定されている。
In the first friction
これにより、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂによる第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とで形成される角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合が、プローブ２ａによる撹拌領域ｓ１と、プローブ２ｂによる撹拌領域ｓ２とが互いに干渉しない部分撹拌接合として行われる。このため、接合後の第１のワークＷ１と第２のワークＷ２において、撹拌領域ｓ１での撹拌によって接合された部分と、撹拌領域ｓ２での撹拌によって接合された部分との間に、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とが当接する当接面が一部残っている。
Thus, the friction stir welding of the corner portions c1 and c2 formed by the first work W1 and the second work W2 by the friction
摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを上述のように配置することにより、第１の摩擦撹拌接合ツール１ａに対し角隅部ｃ１に向けた押圧荷重を作用させる位置と、第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂに対し角隅部ｃ２に向けた押圧荷重を作用させる位置が、ｘ軸方向において一致する。すなわち、第１の摩擦撹拌接合ツール１ａに対し角隅部ｃ１に向けた押圧荷重を作用させる位置と、第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂに対し角隅部ｃ２に向けた押圧荷重を作用させる位置が、第２のワークＷ２を間に挟んで同一のｙｚ平面内に位置している。このため、押圧荷重に起因して、ワークＷ１，Ｗ２や、後述するワークテーブル１０にｘｙ平面内で回転モーメントが生じることが防止される。
By arranging the friction
接合装置本体５は、図５に示すように、テーブル移動経路１１（図９参照）をｙ軸方向に沿って跨ぐように配置された門形のフレーム１３を備えている。
As shown in FIG. 5, the bonding apparatus
フレーム１３のｙ軸方向の一端側には、第１の主軸ユニット６ａが、第１のツール押圧部１４を介して取り付けられている。フレーム１３のｙ軸方向の他端側には、第２の主軸ユニット６ｂが第２のツール押圧部１５を介して取り付けられている。ツール押圧部１４，１５は、それぞれ、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂのｙｚ平面内での位置の調整と、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを角隅部ｃ１，ｃ２に向けて押圧するための押圧荷重の付与を行う。ツール押圧部１４，１５の具体的な構成については後述する。
A
図６、図７に、ワーククランプユニット９が示される。ワーククランプユニット９は、図１、図２に示したように、架台８の表面において、接合装置本体５よりもツール相対移動方向ｔの前側（図１、図２では左側）に設けられる。ワーククランプユニット９は、接合装置本体５とは別体であるフレーム１６を備える。
The
フレーム１６は、図６、図７に示すように、テーブル移動経路１１（図９参照）をｙ軸方向に沿って跨ぐように配置された門形部１７と、門形部１７の接合装置本体５に臨む面側に設けられる突出部１８とを備える。突出部１８は、図２に示すように、第１の主軸ユニット６ａと第２の主軸ユニット６ｂとの間に形成された空間内に配置可能な形状を有している。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
架台８のｙ軸方向の両端部には、ｘ軸方向に沿って延びる一対のガイドレール１９が設けられる。フレーム１６の門形部１７のｙ軸方向の両端側は、それぞれ、一対のガイドレール１９にガイドブロック２０を介してスライド可能に支持されている。これにより、フレーム１６は、図２に実線で示したように突出部１８が第１の主軸ユニット６ａと第２の主軸ユニット６ｂとの間の空間内に配置されて摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂに近接した状態となる近接位置と、図２に二点鎖線で示すように突出部１８が第１の主軸ユニット６ａ及び第２の主軸ユニット６ｂから離れた状態になる退避位置との間で、ガイドレール１９に沿って移動可能となっている。なお、フレーム１６が近接位置に配置される場合、図２に実線で示すように、突出部１８は摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの上方に配置される。
A pair of
図６に示すように、門形部１７のｙ軸方向の両端側には、フレーム１６をガイドレール１９上で解除可能に位置固定するためのフレーム固定部２１が設けられる。これにより、フレーム１６を、図２に実線で示した近接位置など任意の位置で固定することができる。なお、少なくとも図２に実線で示した近接位置でフレーム１６を固定することができれば、その他の個所では固定されなくてもよい。フレーム固定部２１は、ガイドレール１９をクランプすることで、フレーム１６を固定してもよい。又、フレーム固定部２１として、その他の公知の方法でフレーム１６を固定するフレーム固定手段を採用してもよい。
As shown in FIG. 6,
門形部１７の内側のｚ軸方向の二個所には、図６、図７に示すように、一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂと、一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄが設けられる。一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂ、および一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄは、それぞれ、ｙ軸方向に沿って対向配置された一対の転動体であり、第２のワークＷ２の両側面Ｐ２ａ，Ｐ２ｂ（図４Ａおよび図４Ｂ参照）に接触する。
As shown in FIG. 6 and FIG. 7, a pair of
一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂと、一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄのうち、たとえば、ｙ軸方向の一側（図７では右側）に配置されているサイドクランプローラ２２ａ，２２ｃが、門形部１７にブラケット２３を介して位置が固定された状態で取り付けられている。一方、ｙ軸方向の他側（図７では左側）に配置されているサイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄは、ｙ軸方向に沿って配置された押圧手段としての油圧シリンダ２４を介して門形部１７に取り付けられている。サイドクランプローラ２２ａ，２２ｃと、サイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄとの間に、第２のワークＷ２が配置された状態で油圧シリンダ２４を伸長作動させることで、第２のワークＷ２の両側面Ｐ２ａ，Ｐ２ｂに、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｃと、サイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄとが両側から押し付けられた状態となる。このため、第２のワークＷ２のｙ軸方向の位置が保持される。
Of the pair of
このように、ｙ軸方向の一側のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｃの位置を固定した構成とすることにより、第２のワークＷ２を保持する位置を、固定されたサイドクランプローラ２２ａ，２２ｃを基準としてｙ軸方向の同じ位置に決めることができる。
As described above, by fixing the position of the
なお、固定されたサイドクランプローラ２２ａ，２２ｃを支持しているブラケット２３は、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｃのｙ軸方向の位置の調整機構を備えてもよい。ブラケット２３に、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｃのｙ軸方向の位置の調整量を検出するためのスケールを設けてもよい。このようにすれば、たとえば、厚みの異なる第２のワークＷ２を接合対象とする場合であっても、第２のワークＷ２の厚みの中心を揃えることが可能になる。
The
門形部１７の内側の架台８から離反する端部側に、トップクランプローラ２５ａが設けられる。トップクランプローラ２５ａは、第２のワークＷ２の第１のワークＷ１側とは反対側の端部に押し当てられる転動体である。トップクランプローラ２５ａは、ｙｚ平面内で第２のワークＷ２の面に沿う方向、すなわち、本実施形態ではｚ軸方向に配置された押圧手段としての油圧シリンダ２６を介して門形部１７に取り付けられている。
A
トップクランプローラ２５ａが第２のワークＷ２の端部に接するように配置された状態で油圧シリンダ２６を伸長作動させると、第２のワークＷ２が第１のワークＷ１に対して押し付けられる。第１のワークＷ１は、第２のワークＷ２から受ける押し付け力により、ワークテーブル１０に押し付けられる。このため、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とのｚ軸方向の位置が保持される。
When the
突出部１８には、転動体としての一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆ及びトップクランプローラ２５ｂが設けられている。一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆは、門形部１７に設けられる一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂと同様の構成である。サイドクランプローラ２２ｆは、油圧シリンダ２４を介して突出部１８に支持されている。トップクランプローラ２５ｂは、門形部１７に設けられるトップクランプローラ２５ａと同様の構成であり、油圧シリンダ２６を介して突出部１８に支持されている。突出部１８が図２に示すように第１の主軸ユニット６ａと第２の主軸ユニット６ｂとの間の空間内に配置されるときに、一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆ及びトップクランプローラ２５ｂは、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂ（図３参照）と、ｚ軸方向に関して同じ位置か、又は、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂよりもツール相対移動方向ｔの前寄りの位置に配置されることが好ましい。
The projecting
サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆとトップクランプローラ２５ａ，２５ｂは、ｘ軸方向に並べて配置された２連のローラ本体を備えた構成であることが好ましい。このような構成により、第２のワークＷ２のｘ軸方向に沿う姿勢からのｙ軸方向やｚ軸方向へのずれが、より確実に防止される。
It is preferable that the
サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆ、およびトップクランプローラ２５ａ，２５ｂが前記のように２連のローラ本体を備える場合は、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｃ，２２ｅの２連のローラ本体を保持させたローラフレーム（図示せず）が、ブラケット２３に、ｘ軸方向に揺動可能に取り付けられていることが好ましい。同様に、サイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄ，２２ｆとトップクランプローラ２５ａ，２５ｂの２連のローラ本体を保持させたローラフレーム（図示せず）が、油圧シリンダ２４，２６に、ｘ軸方向に揺動可能に取り付けられていることが好ましい。更に、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆ、およびトップクランプローラ２５ａ，２５ｂのローラ本体は、外周面にクラウニングが施されていることが好ましい。
When the
一般に、長尺の部材は、全長に亘って振れや変形が全くない状態で製造することは難しい。ワーククランプユニット９のサイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆ、及び、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂがｘ軸方向に揺動し、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆ、およびトップクランプローラ２５ａ，２５ｂのローラ本体の外周面にクラウニングが施される構成とすることで、第２のワークＷ２が長手方向（ｘ軸方向）に振れや変形を有している場合であっても、ローラ本体がその振れや変形に倣うようにすることができる。
Generally, it is difficult to manufacture a long member with no runout or deformation over its entire length. The
以上の構成を有するワーククランプユニット９を用いてワークＷ１，Ｗ２の角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行うときには、先ず、フレーム１６を、図２に実線で示した位置に配置させ、フレーム固定部２１により架台８に位置固定する。
When performing friction stir welding of the corner portions c1 and c2 of the works W1 and W2 using the
この状態で、ワーククランプユニット９の一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂ、一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄ、及び、一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆは、第２のワークＷ２のｙ軸方向の位置を保持し、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂは、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２のｚ軸方向の位置を保持する。
In this state, the pair of
なお、一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂ、一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄ、及び、一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆは、第２のワークＷ２のｙ軸方向の位置を保持できれば、必ずしも第２のワークＷ２に接していなくてもよい。又、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂは、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２のｚ軸方向の位置を保持することができれば、必ずしも第２のワークＷ２に接していなくてもよい。
If the pair of
これにより、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の、摩擦撹拌接合が行われている個所の付近であって、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂよりもツール相対移動方向ｔの前側の位置にある摩擦撹拌接合が行われる直前の部分が、ワーククランプユニット９によって接合姿勢に保持される。
Thereby, the first workpiece W1 and the second workpiece W2 are located near the portion where the friction stir welding is performed and on the front side of the tool relative movement direction t with respect to the friction
摩擦撹拌接合が行われている際、主軸ユニット６ａ，６ｂが支持されているフレーム１３は、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂに作用させる押圧荷重の反力を受けている。これに対し、ワーククランプユニット９は、フレーム１３とは独立した別体のフレーム１６を備えている。したがって、ワーククランプユニット９によりワークＷ１，Ｗ２を接合姿勢で保持していても、ワーククランプユニット９が摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂに作用させる押圧荷重の反力の影響を受けることはない。
When the friction stir welding is performed, the
摩擦撹拌接合を実施していないときには、フレーム固定部２１による架台８に対するワーククランプユニット９の固定を解除して、ワーククランプユニット９を、図２に二点鎖線で示したように接合装置本体５から離れた退避位置に配置する。この状態では、突出部１８が露出されるため、サイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆやトップクランプローラ２５ｂに対して作業者が容易に近づいて点検や保守作業を行うことができる。
When the friction stir welding is not performed, the fixing of the
又、ワーククランプユニット９を退避させた状態では、第１の主軸ユニット６ａと第１の摩擦撹拌接合ツール１ａ、及び、第２の主軸ユニット６ｂと第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂから、ワーククランプユニット９が離れている。このため、角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を開始するときに、ワークテーブル１０に実際に配置されたワークＷ１，Ｗ２間の角隅部ｃ１，ｃ２に対して摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの位置合わせを行う作業を、目視しながら行うことができる。更に、この状態で、主軸ユニット６ａ，６ｂや摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂに作業者が容易に近づいて点検や保守作業を行うことも可能になる。
Further, in a state where the
ワーククランプユニット９を、図２に実線で示した摩擦撹拌接合を行うときの近接位置と、図２に二点鎖線で示した退避位置との間で移動させる方向が、ｘ軸方向であって、ワークテーブル１０に配置したワークＷ１，Ｗ２のテーブル移動経路１１での移動方向に一致している。
The direction in which the
このため、ワーククランプユニット９を移動させても、テーブル移動経路１１を移動するワークテーブル１０に配置されたワークＷ１，Ｗ２に対するサイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆのｙ軸方向の相対的な配置と、ワークテーブル１０に配置されたワークＷ１，Ｗ２に対するトップクランプローラ２５ａ，２５ｂのｚ軸方向の相対的な配置は、変化しない。しかも、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆとトップクランプローラ２５ａ，２５ｂの一部または全部が第２のワークＷ２に接している状態であっても、ワーククランプユニット９の移動に支障が生じることはない。
Therefore, even if the
したがって、ワーククランプユニット９を、近接位置と退避位置との間で往復動させても、ワークＷ１，Ｗ２の接合姿勢を保持することが可能である。
Therefore, even if the
ワークテーブル１０のｘ軸方向の寸法は、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、第１のワークＷ１及び第２のワークＷ２のｘ軸方向の寸法よりも長い。 The dimension in the x-axis direction of the work table 10 is longer than the dimension in the x-axis direction of the first workpiece W1 and the second workpiece W2, as shown in FIGS. 8A and 8B.
図５および図８Ａに示すように、ワークテーブル１０の表面における第１のワークＷ１を配置する領域２７のｙ軸方向の一側に、第１のワークＷ１のｙ軸方向の一端面を突き当てて位置決めする段差部２８が設けられている。領域２７のｙ軸方向の他側には、ｙ軸方向クランプ２９とｚ軸方向クランプ３０が、ｘ軸方向に沿って所定の間隔で交互に配列して設けられている。
As shown in FIGS. 5 and 8A, one end face of the first work W1 in the y-axis direction is butted against one side of the
ｙ軸方向クランプ２９は、第１のワークＷ１を、ｙ軸方向に沿って段差部２８との間に挟んで固定する。ｚ軸方向クランプ３０は、第１のワークＷ１のｙ軸方向の他端縁部を、ｚ軸方向に沿ってワークテーブル１０の表面との間に挟んで固定する。
The y-axis direction clamp 29 sandwiches and fixes the first workpiece W1 with the
ワークテーブル１０のｘ軸方向の両端側の表面には、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２のｘ軸方向の両端面を突き当ててｘ軸方向の変位を防止する端部押さえ部材３１ａ，３１ｂが設けられている。なお、端部押さえ部材３１ａ，３１ｂは、必ずしも第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の両ワークの端面に突き当てる必要はなく、ワークテーブル１０にクランプ２９，３０によって直接保持することができない第２のワークＷ２を、ワークテーブル１０と一緒に確実に移動させることができるよう構成されていればよい。この観点からは、端部押さえ部材３１ａ，３１ｂを、少なくとも第２のワークＷ２のｘ軸方向の端面のみに突き当てるようにすればよい。
An
端部押さえ部材３１ａ，３１ｂは、たとえば、第１のワークＷ１と同様の厚み寸法を備えた横板部３２に、第２のワークＷ２と同様の厚み寸法を備えた縦板部３３が、第１のワークＷ１に対する第２のワークＷ２の突き合わせ角度と同様の角度で突き合わされて一体化されて形成される。本実施形態では、端部押さえ部材３１ａ，３１ｂは、横板部３２に縦板部３３が垂直な配置で突き合わされて一体化された逆Ｔ字形の構造を有する。
The
端部押さえ部材３１ａ，３１ｂの横板部３２及び縦板部３３は共にｘ軸方向に沿って延び、横板部３２が、ワークテーブル１０の表面に取り付けられている。
Both the
縦板部３３には、第２のワークＷ２のｘ軸方向の端縁をｙ軸方向の両側から挟んで保持する保持具３４が設けられている。
The
なお、摩擦撹拌接合の実施時にワークテーブル１０を進行させる方向の前端側、すなわち、角隅部ｃ１，ｃ２における摩擦撹拌接合の始端側（図１１では右側）に配置されている一方の端部押さえ部材３１ａは、ワークテーブル１０に対する取り付け位置をｘ軸方向に変更可能に設けられることが好ましい。この場合、摩擦撹拌接合の対象となる第１のワークＷ１及び第２のワークＷ２のｘ軸方向の寸法が変化したとしても、一方の端部押さえ部材３１ａのワークテーブル１０に対する取り付け位置を変更することにより、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の両端部を、端部押さえ部材３１ａ，３１ｂに突き当てて配置させることができる。そのため、ｘ軸方向の寸法が異なる第１のワークＷ１及び第２のワークＷ２の摩擦撹拌接合を行う場合であっても、共通のワークテーブル１０を使用することができる。なお、端部押さえ部材３１ａは、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の接合姿勢を保持させた状態で、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とをワーククランプユニット９に容易に導入させるためにワークテーブル１０に設けられることが好ましいが、設けられなくてもよい。
The front end side in the direction of advancing the work table 10 at the time of performing the friction stir welding, that is, one end presser disposed at the start end of the friction stir welding at the corner portions c1 and c2 (right side in FIG. 11) The
ワークテーブル１０の裏面におけるｙ軸方向の両端側には、ｘ軸方向に延びる２条のラック３５が全長に亘り設けられている。
At both ends in the y-axis direction on the back surface of the work table 10, two
架台８には、図９に二点鎖線で示すように、架台８のｙ軸方向の中央部に、ワークテーブル１０（図２、図８Ａ、および図８Ｂ参照）をｘ軸方向に移動させるためのテーブル移動経路１１が設定されている。
In order to move the work table 10 (see FIG. 2, FIG. 8A and FIG. 8B) in the x-axis direction to the center of the y-axis direction of the
テーブル移動経路１１は、ワークテーブル１０のｘ軸方向の移動をガイドするガイド手段として、テーブル移動経路１１に沿って配置されたボトムガイドローラ３６と、サイドガイドローラ３７と、トップガイドローラ３８とを備える。
The
ボトムガイドローラ３６は、図３、図５に示すように、テーブル移動経路１１（図９参照）に沿ってｘ軸方向に移動するワークテーブル１０の裏面を、ラック３５と干渉しない位置で支持する。ボトムガイドローラ３６は、図９に示すように、架台８の表面において、テーブル移動経路１１の内側に、ｘ軸方向及びｙ軸方向に、たとえば千鳥状に多数設けられている。ボトムガイドローラ３６は、接合装置本体５の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂが配置されている部分（図１、図２参照）とｘ軸方向において一致する部分では、その他の部分よりも密に配置されていることが好ましい。これは、ワークテーブル１０に保持された第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行う際に、角隅部ｃ１，ｃ２に摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂ（図４Ａおよび図４Ｂ参照）が押圧されることにより生じる荷重のｚ軸方向の成分を、より多くのボトムガイドローラ３６で受けるためである。
The
サイドガイドローラ３７は、図２、図３に示すように、ワークテーブル１０のｙ軸方向の両側面を支持する。サイドガイドローラ３７は、図９に示すように、架台８の表面において、テーブル移動経路１１のｙ軸方向の両側位置に、ｘ軸方向に所定の間隔で配列して設けられている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
トップガイドローラ３８は、図２、図３に示すように、ワークテーブル１０の表面のｙ軸方向の両端縁部に当接する。トップガイドローラ３８は、図９に示すように、架台８の表面において、テーブル移動経路１１のｙ軸方向の両側位置に設けられる。トップガイドローラ３８は、ｘ軸方向において、接合装置本体５の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂが配置されている部分（図２参照）を挟んだ両側位置に、所定の間隔を隔てて２つずつの組として設けられる。このようにトップガイドローラ３８を２つずつの組で設けるのは、ワークテーブル１０のｚ軸方向への傾きをより確実に防止するためである。なお、トップガイドローラ３８は、２つずつの組以外の配置で設けてもよい。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
これにより、テーブル移動経路１１では、ボトムガイドローラ３６、サイドガイドローラ３７、およびトップガイドローラ３８により、ワークテーブル１０のｚ軸方向、及び、ｙ軸方向への変位が拘束された状態で、ワークテーブル１０のｘ軸方向への移動がガイドされる。
Thereby, in the
テーブル移動経路１１のｙ軸方向の一側に設けられたサイドガイドローラ３７とトップガイドローラ３８のｙ軸方向の位置は固定され、一方、テーブル移動経路１１のｙ軸方向の他側に設けられたサイドガイドローラ３７とトップガイドローラ３８のｙ軸方向の位置は調整できることが好ましい。これは、サイドガイドローラ３７とトップガイドローラ３８とを、実際に使用するワークテーブル１０の寸法に合わせて配置するためである。
The position of the
移動機構１２は、図１、図３、図９に示すように、架台８におけるテーブル移動経路１１（図９参照）の下方に設けられ、ワークテーブル１０のラック３５と噛合可能な一対のピニオンギア３９を備えている。ピニオンギア３９は、図１に示すように、ｘ軸方向にて、接合装置本体５の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂが配置されている個所の真下の近傍に配置されていることが好ましい。これは、ワークテーブル１０に対し、摩擦撹拌接合が行われる個所の近傍で、ｘ軸方向の駆動力を付与できるようにするためである。
As shown in FIGS. 1, 3 and 9, the moving
一対のピニオンギア３９は、軸受４０に支持されたｙ軸方向の回転軸４１により互いに連結されている（図９参照）。回転軸４１の一端は、架台８の内部に設けられた減速機４２の出力側に連結され、減速機４２には、サーボモータ等の駆動モータ４３が接続されている。
The pair of pinion gears 39 are connected to each other by a rotating
以上の構成を有する移動機構１２では、駆動モータ４３により減速機４２を介して回転軸４１と共にピニオンギア３９を回転駆動させると、ワークテーブル１０は、ピニオンギア３９に噛合したラック３５と一体に、テーブル移動経路１１に沿ってｘ軸方向に移動する。移動機構１２は、駆動モータ４３の回転方向を切り替えることにより、ワークテーブル１０を、テーブル移動経路１１で往復動させることができる。
In the moving
本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、ワークＷ１，Ｗ２を補助的に保持するために、図１、図２に示すように、ワークＷ１，Ｗ２の、ワークテーブル１０の架台８からはみ出す部分を支持するテーブル支持台４４を備えている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the friction stir welding apparatus according to the present embodiment supports a portion of the works W1 and W2 that protrudes from the
テーブル支持台４４は、架台８の外側において、テーブル移動経路１１（図９参照）の延長線上に配置される。テーブル支持台４４の上面には、ワークテーブル１０の裏面をラック３５と干渉しない位置で支持するボトムガイドローラ４５と、ワークテーブル１０のｙ軸方向の両側面を支持するサイドガイドローラ４６とが設けられる。
The
テーブル支持台４４は、使用状況に応じて容易に設置、あるいは撤去するために、底部に走行輪４７と昇降式の支持脚４８とを備える。
The
支持脚４８は、走行輪４７の下端よりも下方に突出するように下降させた状態と、走行輪４７の下端よりも上方に上昇させた状態に配置できるよう構成される。
The
支持脚４８の昇降手段として、たとえば、支持脚４８にねじが形成された支柱４９を設け、テーブル支持台４４にはナット部材５０を設けて、ナット部材５０に対して支柱４９を回転させることで、支持脚４８をテーブル支持台４４に対して相対的に昇降させてもよい。
As raising and lowering means of the
なお、テーブル支持台４４は、架台８からワークＷ１，Ｗ２がはみ出すことがない場合や、架台８からワークＷ１，Ｗ２がはみ出した部分を支持する必要がない場合など、ワークＷ１，Ｗ２を補助的に保持する必要がなければ、テーブル支持台４４を省略してもよい。
The
次に、接合装置本体５の第１のツール押圧部１４と第２のツール押圧部１５について説明する。
Next, the first
第１のツール押圧部１４は、第１の軸直交方向移動ユニット５１と、第１の軸方向移動ユニット５２とを備える。図２、図３、図５に示すように、フレーム１３のｙ軸方向の一端側と、第１の主軸ユニット６ａとの間に、フレーム１３側から順に、第１の軸直交方向移動ユニット５１と第１の軸方向移動ユニット５２が介装される。
The first
第２のツール押圧部１５は、第２の軸直交方向移動ユニット５３と、第２の軸方向移動ユニット５４とを備える。フレーム１３のｙ軸方向の他端側と、第２の主軸ユニット６ｂとの間に、フレーム１３側から順に、第２の軸直交方向移動ユニット５３と、第２の軸方向移動ユニット５４が介装される。
The second
第１の軸直交方向移動ユニット５１は、図５、図１０、図１１に示すように、第１の主軸ユニット６ａを、ｙｚ平面内でプローブ２ａ（図４参照）の軸心方向に沿う方向（以下、ｐ軸方向と云う）に対して直交する方向（以下、ｑ軸方向と云う）に移動させるよう構成される。
As shown in FIGS. 5, 10, and 11, the first axis orthogonal
具体的には、第１の軸直交方向移動ユニット５１は、図１０、図１１に示すように、フレーム１３に取り付けられたベースプレート５５と、ｑ軸方向に延びるようにベースプレート５５に設けられたガイドレール５６と、ガイドレール５６にガイドブロック５７を介してスライド自在に取り付けられた移動テーブル５８と、移動テーブル５８をガイドレール５６の長手方向に沿って移動させるｑ軸方向の直動機構であるボールねじ機構５９とを備える。
Specifically, as shown in FIGS. 10 and 11, the first axially orthogonal moving
ボールねじ機構５９は、サーボモータ６０と、サーボモータ６０の出力側に連結されたねじ軸６１と、ねじ軸６１に取り付けられたナット部材６２とを備える。
The
ボールねじ機構５９は、ベースプレート５５の表面に、ねじ軸６１がガイドレール５６と平行に延びる姿勢で設置される。ボールねじ機構５９のナット部材６２が、ロードセル６３と取付部材６４を介して移動テーブル５８に取り付けられている。
The
以上の構成を有する第１の軸直交方向移動ユニット５１は、サーボモータ６０の駆動力によってねじ軸６１を回転駆動することにより、移動テーブル５８を、ナット部材６２と一緒に、ガイドレール５６に沿わせてｑ軸方向に移動させる。
The first axial orthogonal
第１の軸直交方向移動ユニット５１においては、サーボモータ６０による駆動力を停止した状態では、移動テーブル５８がガイドレール５６に沿って無制御で移動できる。
In the first axial orthogonal
第１の軸直交方向移動ユニット５１には、移動テーブル５８の自重及び移動テーブル５８に作用する重量のガイドレール５６に沿う方向の成分を支持する機械的な重力補償機構（自重補償機構、重量補償機構とも称する）として、たとえば、ｑ軸方向に沿って配置されたガススプリング６５が備えられている。
A mechanical gravity compensation mechanism (self-weight compensation mechanism, weight compensation mechanism, etc.) supporting the weight of the moving table 58 and the component of the weight acting on the moving table 58 in the direction along the
ガススプリング６５の一端側はベースプレート５５の固定個所に取り付けられ、ガススプリング６５の他端側は移動テーブル５８に取り付けられている。移動テーブル５８に作用する重量とは、ナット部材６２、ロードセル６３、取付部材６４、第１の軸方向移動ユニット５２及び第１の主軸ユニット６ａの重量である。
One end side of the
第１の軸方向移動ユニット５２は、図５、図１２、図１３に示すように、第１の主軸ユニット６ａを、ｐ軸方向に移動させるよう構成される。
The first axial moving
具体的には、第１の軸方向移動ユニット５２は、第１の軸直交方向移動ユニット５１の移動テーブル５８に取り付けられたベースプレート６６と、ｐ軸方向に延びるようにベースプレート６６に設けられたガイドレール６７と、ガイドレール６７にガイドブロック６８を介してスライド自在に取り付けられた移動テーブル６９と、移動テーブル６９をガイドレール６７の長手方向に沿って移動させるｐ軸方向の直動機構であるボールねじ機構７０とを備える。
Specifically, the first axial moving
ボールねじ機構７０は、サーボモータ７１と、サーボモータ７１の出力側に接続された減速機７２と、減速機７２の出力側に連結されたねじ軸７３と、ねじ軸７３に取り付けられたナット部材７４とを備える。
The
ボールねじ機構７０は、ベースプレート６６の表面に、ねじ軸７３がガイドレール６７と平行に延びる姿勢で設置される。ボールねじ機構７０のナット部材７４が、ロードセル７５と取付部材７６を介して移動テーブル６９に取り付けられている。
The
以上の構成を有する第１の軸方向移動ユニット５２は、サーボモータ７１の駆動力により減速機７２を介してねじ軸７３を回転駆動することにより、移動テーブル６９を、ナット部材７４と一緒に、ガイドレール６７に沿わせてｐ軸方向に移動させる。
The first axial moving
移動テーブル６９には、図５に示すように、第１の主軸ユニット６ａが取り付けられている。
As shown in FIG. 5, the
第２の軸直交方向移動ユニット５３は、図５、図１０に示すように、第２の主軸ユニット６ｂを、ｙｚ平面内でプローブ２ｂ（図４参照）の軸心方向に沿う方向（以下、ｒ軸方向と云う）に対して直交する方向（以下、ｓ軸方向と云う）に移動させるよう構成される。
As shown in FIGS. 5 and 10, the second axis orthogonal
具体的には、第２の軸直交方向移動ユニット５３は、フレーム１３に取り付けられたベースプレート７７と、ｓ軸方向に延びるようにベースプレート７７に設けられたガイドレール７８と、ガイドレール７８にガイドブロック７９を介してスライド自在に取り付けられた移動テーブル８０と、移動テーブル８０をガイドレール７８の長手方向に沿って移動させるｓ軸方向の直動機構であるボールねじ機構８１とを備える。
Specifically, the second axially
ボールねじ機構８１は、サーボモータ８２と、サーボモータ８２の出力側に連結されたねじ軸８３と、ねじ軸８３に取り付けられたナット部材８４とを備える。
The
ボールねじ機構８１は、ベースプレート７７の表面に、ねじ軸８３がガイドレール７８と平行に延びる姿勢で設置される。ボールねじ機構８１のナット部材８４が、ロードセル８５と取付部材８６を介して移動テーブル８０に取り付けられている。
The
以上の構成を有する第２の軸直交方向移動ユニット５３は、サーボモータ８２の駆動力によりねじ軸８３を回転駆動することにより、移動テーブル８０を、ナット部材８４と一緒に、ガイドレール７８に沿わせてｓ軸方向に移動させる。
The second axial orthogonal
第２の軸直交方向移動ユニット５３においては、サーボモータ８２による駆動力を停止した状態では、移動テーブル８０がガイドレール７８に沿って無制御で移動できる。
In the second axis orthogonal
第２の軸直交方向移動ユニット５３には、移動テーブル８０の自重及び移動テーブル８０に作用する重量のガイドレール７８に沿う方向の成分を支持する機械的な重力補償機構として、たとえば、ｓ軸方向に沿って配置されたガススプリング８７が備えられている。
As a mechanical gravity compensation mechanism for supporting the second axial orthogonal
ガススプリング８７の一端側はベースプレート７７の固定個所に取り付けられ、ガススプリング８７の他端側は移動テーブル８０に取り付けられている。移動テーブル８０に作用する重量とは、ナット部材８４、ロードセル８５、取付部材８６、第２の軸方向移動ユニット５４及び第２の主軸ユニット６ｂの重量である。
One end of the
第２の軸方向移動ユニット５４は、図５、図１２に示すように、第２の主軸ユニット６ｂを、ｒ軸方向に移動させるよう構成される。
The second
具体的には、第２の軸方向移動ユニット５４は、第２の軸直交方向移動ユニット５３の移動テーブル８０に取り付けられたベースプレート８８と、ｒ軸方向に延びるようにベースプレート８８に設けられたガイドレール８９と、ガイドレール８９にガイドブロック９０を介してスライド自在に取り付けられた移動テーブル９１と、移動テーブル９１をガイドレール８９の長手方向に沿って移動させるｒ軸方向の直動機構であるボールねじ機構９２とを備える。
Specifically, the second axial moving
ボールねじ機構９２は、サーボモータ９３と、サーボモータ９３の出力側に接続された減速機９４と、減速機９４の出力側に連結されたねじ軸９５と、ねじ軸９５に取り付けられたナット部材９６とを備える。
The
ボールねじ機構９２は、ベースプレート８８の表面に、ねじ軸９５がガイドレール８９と平行に延びる姿勢で設置される。ボールねじ機構９２のナット部材９６が、ロードセル９７と取付部材９８を介して移動テーブル９１に取り付けられている。
The
以上の構成を有する第２の軸方向移動ユニット５４は、サーボモータ９３の駆動力により減速機９４を介してねじ軸９５を回転駆動することにより、移動テーブル９１を、ナット部材９６と一緒に、ガイドレール８９に沿わせてｒ軸方向に移動させる。
The second axial moving
移動テーブル９１には、図５に示すように、第２の主軸ユニット６ｂが取り付けられている。
As shown in FIG. 5, the
したがって、接合装置本体５によれば、第１の主軸ユニット６ａに取り付けられている第１の摩擦撹拌接合ツール１ａのｑ軸方向の位置の調整と力の制御が、第１の軸直交方向移動ユニット５１によって行われる。第１の摩擦撹拌接合ツール１ａのｐ軸方向の位置の調整と力の制御が第１の軸方向移動ユニット５２によって行われる。
Therefore, according to the welding device
同様に、第２の主軸ユニット６ｂに取り付けられている第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂのｓ軸方向の位置の調整と力の制御が第２の軸直交方向移動ユニット５３によって行われる。第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂのｒ軸方向に沿う方向の位置の調整と力の制御が第２の軸方向移動ユニット５４によって行われる。
Similarly, adjustment of the position in the s-axis direction of the second friction
接合装置本体５では、第１の摩擦撹拌接合ツール１ａの角隅部ｃ１に対する押圧荷重はｐ軸方向に作用する。したがって、第１の摩擦撹拌接合ツール１ａの角隅部ｃ１に対する押圧荷重の制御を、ロードセル７５の検出結果を基に、第１の軸方向移動ユニット５２の出力のみの制御で実施することができる。第１の摩擦撹拌接合ツール１ａのｑ軸方向の位置の調整は、押圧荷重の制御に関与することなく第１の軸直交方向移動ユニット５１により実施することができる。
In the
同様に、接合装置本体５では、第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂの角隅部ｃ２に対する押圧荷重はｒ軸方向に作用する。したがって、第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂの角隅部ｃ２に対する押圧荷重の制御を、ロードセル９７の検出結果を基に、第２の軸方向移動ユニット５４の出力のみの制御で実施することができる。第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂのｓ軸方向の位置の調整は、押圧荷重の制御に関与することなく第２の軸直交方向移動ユニット５３により実施することができる。
Similarly, in the welding device
このため、接合装置本体５によると、角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行う際の、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの押圧荷重をより確実に制御することができる。
Therefore, according to the welding device
次に、本実施形態の摩擦撹拌接合装置を用いて行う摩擦撹拌接合について説明する。 Next, friction stir welding performed using the friction stir welding apparatus of the present embodiment will be described.
摩擦撹拌接合の開始前に、作業者が、ワークテーブル１０に、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２を保持させる。この作業は、ワークテーブル１０を、接合装置本体５及びワーククランプユニット９と干渉しない位置にｘ軸方向に移動させた状態で行うようにすればよい。この際、テーブル支持台４４を適宜使用してもよい。
Before the start of the friction stir welding, the operator causes the work table 10 to hold the first work W1 and the second work W2. This work may be performed in a state where the work table 10 is moved in the x-axis direction to a position not interfering with the bonding device
ワークＷ１，Ｗ２をワークテーブル１０に保持させた後、ワークテーブル１０を移動機構１２によりテーブル移動経路１１に沿って移動させて、ワークＷ１，Ｗ２の角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合の始端側を、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂと同じｙｚ平面内に配置する。
After holding the works W1 and W2 on the work table 10, the work table 10 is moved along the
その後、ワーククランプユニット９を接合装置本体５から離反した退避位置に配置させた状態で、接合装置本体５は、軸直交方向移動ユニット５１，５３と軸方向移動ユニット５２，５４により、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂのプローブ２ａ，２ｂが角隅部ｃ１，ｃ２に近接して配置されるように主軸ユニット６ａ，６ｂの位置調整を行う。
Thereafter, in a state where the
次に、ワーククランプユニット９を、図１、図２に示すように、接合装置本体５に近接した近接位置に配置し、フレーム固定部２１によりワーククランプユニット９の位置を固定する。次いで、ワーククランプユニット９では、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆ及びトップクランプローラ２５ａ，２５ｂにより、ワークテーブル１０に保持されたワークＷ１，Ｗ２を接合姿勢で保持する。これにより、第２のワークＷ２のｙ軸方向及びｚ軸方向への変位、および第１のワークＷ１のｚ軸方向への変位は防止される。
Next, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, the
この状態で、接合装置本体５は、主軸ユニット６ａ，６ｂの回転駆動部７ａ，７ｂを起動してプローブ２ａ，２ｂの回転駆動を開始する。その後、接合装置本体５は、軸方向移動ユニット５２，５４により、主軸ユニット６ａ，６ｂをプローブ２ａ，２ｂの軸心方向（ｐ軸方向、ｒ軸方向）に移動させて、回転駆動状態のプローブ２ａ，２ｂを、角隅部ｃ１，ｃ２に没入させる。更に、固定式ショルダ３ａのワーク接触面４ａを、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の一方の側面Ｐ２ａに接触させ、固定式ショルダ３ｂのワーク接触面４ｂを、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の他方の側面Ｐ２ｂに接触させる。
In this state, the welding device
これにより、第２のワークＷ２を挟んで対称な位置にある角隅部ｃ１，ｃ２には、没入されたプローブ２ａ，２ｂによる撹拌領域ｓ１，ｓ２が、互いに干渉しない状態で形成される。
Thus, stirring regions s1 and s2 by the immersed
次に、移動機構１２は、ワークテーブル１０の移動を開始する。ワークテーブル１０が移動すると、ワークテーブル１０の移動に伴われて移動する角隅部ｃ１，ｃ２に対し、定置された接合装置本体５の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂが相対的に移動する。これにより、角隅部ｃ１，ｃ２に沿った摩擦撹拌接合が角隅部ｃ１と角隅部ｃ２とで同時に開始される。
Next, the moving
このようにして摩擦撹拌接合が開始されると、接合装置本体５では、軸方向移動ユニット５２，５４により摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを角隅部ｃ１，ｃ２に対して押圧する荷重が予め設定された目標値に一致するように、軸方向移動ユニット５２，５４に対する制御を開始する。
Thus, when the friction stir welding is started, in the welding device
同時に、接合装置本体５は、軸直交方向移動ユニット５１，５３について、サーボモータ６０，８２の制御と動力とを遮断する。これにより、第１の軸直交方向移動ユニット５１では、移動テーブル５８に第１の軸方向移動ユニット５２を介して保持した第１の主軸ユニット６ａの位置が、ｑ軸方向に作用する外力に応じて自在に変化するようになる。又、第２の軸直交方向移動ユニット５３では、移動テーブル８０に第２の軸方向移動ユニット５４を介して保持した第２の主軸ユニット６ｂの位置が、ｓ軸方向に作用する外力に応じて自在に変化するようになる。
At the same time, the welding device
その結果、角隅部ｃ１，ｃ２に位置ずれが生じたとしても、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの固定式ショルダ３ａ，３ｂが第１のワークＷ１の面Ｐ１に沿って滑ることで、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの位置は、角隅部ｃ１，ｃ２の位置ずれに追従できる。なお、この場合であっても、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの角隅部ｃ１，ｃ２に対する押圧荷重は、軸方向移動ユニット５２，５４によって一定に保持されている。
As a result, even if positional deviation occurs in the corner portions c1 and c2, the friction stir welding is performed by the fixed
このため、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの位置を、角隅部ｃ１，ｃ２に倣わせた状態で角隅部ｃ１，ｃ２に沿う摩擦撹拌接合を行うことができる。
For this reason, it is possible to perform the friction stir welding along the corner portions c1 and c2 in a state in which the positions of the friction
前記のように角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合が行われている間、接合装置本体５には、軸方向移動ユニット５２，５４によって摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを角隅部ｃ１，ｃ２に対し押圧している押圧荷重の反力が入力される。しかしながら、この反力の影響が接合装置本体５とは別体であるワーククランプユニット９に及ぶことはない。したがって、角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行っている間、ワーククランプユニット９により、ワークＷ１，Ｗ２同士の接合姿勢を正確に保持し続けることができる。
As described above, while the friction stir welding of the corner portions c1 and c2 is performed, in the welding device
以上のようにして、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂによる摩擦撹拌接合が角隅部ｃ１，ｃ２の終端側の予め設定されている個所まで進行すると、移動機構１２はワークテーブル１０の移動を停止させる。
As described above, when the friction stir welding by the friction
次いで、軸直交方向移動ユニット５１，５３は、それぞれのサーボモータ６０，８２による制御を再開し、軸直交方向移動ユニット５１，５３と軸方向移動ユニット５２，５４とにより、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを角隅部ｃ１，ｃ２より離反する方向に移動させる。これにより、プローブ２ａ，２ｂは、角隅部ｃ１，ｃ２より抜き出される。その後、主軸ユニット６ａ，６ｂによるプローブ２ａ，２ｂの回転駆動を停止する。
Subsequently, the axial orthogonal
その後、ワーククランプユニット９によるワークＷ１，Ｗ２の保持を解除し、ワーククランプユニット９を退避位置まで移動させる。
Thereafter, the holding of the works W1 and W2 by the
その後、ワークテーブル１０を、移動機構１２により接合装置本体５及びワーククランプユニット９と干渉しない位置まで移動させ、その状態で、ワークＷ１，Ｗ２の接合体を取り出す。
Thereafter, the work table 10 is moved by the moving
本実施形態の摩擦撹拌接合装置によれば、固定式ショルダ３ａ，３ｂを備えた一対の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを用いて、ワークＷ１，Ｗ２間の角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行うことができる。
According to the friction stir welding apparatus of the present embodiment, the friction stir welding of the corner portions c1 and c2 between the works W1 and W2 is performed using the pair of friction
又、本実施形態の摩擦撹拌接合装置においては、ワーククランプユニット９が接合装置本体５とは別体に形成されている。したがって、ワーククランプユニット９によって、接合すべきワークＷ１，Ｗ２同士の接合姿勢を、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの押圧荷重の反力の影響を受けない状態で保持しながら、ワークＷ１，Ｗ２間の角隅部ｃ１，ｃ２を摩擦撹拌接合することができる。
Further, in the friction stir welding apparatus of the present embodiment, the
このため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、製造されるワークＷ１，Ｗ２の接合体の品質を向上させることができる。 For this reason, in the friction stir welding apparatus of this embodiment, the quality of the joined body of the works W1 and W2 to be manufactured can be improved.
本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの固定式ショルダ３ａ，３ｂを角隅部ｃ１，ｃ２に直接配置する。
In the friction stir welding apparatus of the present embodiment, the fixed
従来の回転式ショルダを備えた形式の摩擦撹拌接合ツールを用いて角隅部の摩擦撹拌接合を行うときには、角隅部に三角断面の部材を配置するか、あるいは、一方のワークに、角隅部に三角断面で張り出す部分を設けるというような事前処理が必要である。しかしながら、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、これらの事前処理は不要である。 When performing friction stir welding of the corner using a friction stir welding tool of a type provided with a conventional rotary shoulder, a member of a triangular cross section is disposed at the corner, or a corner of one work is It is necessary to preprocess such as providing an overhanging section with a triangular cross section in the section. However, in the friction stir welding apparatus of the present embodiment, these pretreatments are unnecessary.
更に、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの固定式ショルダ３ａ，３ｂからのプローブ２ａ，２ｂの突出量が、部分撹拌接合を行うことが可能であるように設定されている。
Furthermore, the amount of protrusion of the
このため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、従来の角隅部の摩擦撹拌接合のように、角隅部に配置されるプローブによる撹拌領域同士が相互に干渉する全撹拌接合を行う場合のプローブの角隅部への挿入量に比して、プローブ２ａ，２ｂの角隅部ｃ１，ｃ２への挿入量を低減させることができる。
For this reason, in the friction stir welding apparatus according to the present embodiment, as in the conventional friction stir welding at the corner, the entire stir welding in which the stirring regions by the probes arranged at the corner are mutually interfered is performed The amount of insertion of the
これにより、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、プローブ２ａ，２ｂを角隅部ｃ１，ｃ２に没入させた状態で移動させるときに、プローブ２ａ，２ｂが受ける反力を、全撹拌接合を行う場合にプローブが受ける反力に比して小さくすることができる。そのため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、全撹拌接合を行う場合に比して、摩擦撹拌接合の施工速度を向上させることができ、また、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの寿命を向上させることができる。
Thereby, in the friction stir welding apparatus according to the present embodiment, when the
更に、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、個々のプローブ２ａ，２ｂで発生させる摩擦熱によってワークＷ１，Ｗ２におけるプローブ２ａ，２ｂの没入個所の周辺に局所的に入熱される熱量は、全撹拌接合を行う場合に比して少なくなる。そのため、ワークＷ１，Ｗ２の熱によるひずみや変形の発生を抑制することができる。
Furthermore, in the friction stir welding apparatus according to the present embodiment, the amount of heat locally input to the periphery of the immersion point of the
又、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、角隅部ｃ１，ｃ２について、第２のワークＷ２の両面側から摩擦撹拌接合を同時に行う。したがって、プローブ２ａ，２ｂにより発生する摩擦熱により、ワークＷ１，Ｗ２のｘ軸方向における同一の位置が加熱される。そのため、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、角隅部ｃ１と角隅部ｃ２をｘ軸方向の異なる位置に配置されたプローブで発生する摩擦熱により加熱する場合に比して、ワークＷ１，Ｗ２の加熱をより効率よく行うことができる。したがって、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、高い熱量を用いることにより、角隅部ｃ１と角隅部ｃ２との摩擦撹拌接合を安定して行うことができる。
Further, in the friction stir welding apparatus according to the present embodiment, the friction stir welding is simultaneously performed from both sides of the second work W2 at the corner portions c1 and c2. Therefore, the same position in the x-axis direction of the workpieces W1 and W2 is heated by the frictional heat generated by the
前記のようにワークＷ１，Ｗ２の加熱の効率が向上すると、プローブ２ａ，２ｂにより撹拌される撹拌領域ｓ１，ｓ２は軟化しやすくなる。このことによっても、本実施形態の摩擦撹拌接合装置は、摩擦撹拌接合の施工速度を向上させることができる。又、プローブ２ａ，２ｂを回転駆動させる際の抵抗が軽減されるので、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの寿命を向上させることができる。
As described above, when the heating efficiency of the workpieces W1 and W2 is improved, the stirring regions s1 and s2 stirred by the
更に、角隅部ｃ１と角隅部ｃ２をｘ軸方向の異なる位置に配置されたプローブで発生する摩擦熱により加熱する場合は、角隅部ｃ１と角隅部ｃ２のいずれか一方が先行して加熱され、他方が後から加熱されることになるため、入熱の条件が均等にならない可能性がある。しかしながら、本実施形態の摩擦撹拌接合装置では、角隅部ｃ１，ｃ２に対する入熱を均等にすることができる。 Furthermore, in the case of heating the corner portion c1 and the corner portion c2 by the frictional heat generated by the probes arranged at different positions in the x-axis direction, one of the corner portion c1 and the corner portion c2 precedes Since the other is heated later, the heat input conditions may not be equal. However, in the friction stir welding apparatus according to the present embodiment, the heat input to the corner portions c1 and c2 can be equalized.
［第２実施形態］
図１４は、第２実施形態の摩擦撹拌接合装置のワーククランプユニットを示す。Second Embodiment
FIG. 14 shows a work clamp unit of the friction stir welding apparatus of the second embodiment.
なお、図１４において、図７と同一の構成には同一の符号を付してその説明を省略する。 In FIG. 14, the same components as in FIG. 7 will be assigned the same reference numerals and descriptions thereof will be omitted.
本実施形態におけるワーククランプユニット１０９においては、サイドクランプローラのうち、ｚ軸方向の架台８から離れた位置に配置されてブラケット２３を介してフレーム１６に支持されたサイドクランプローラ２２ａ，２２ｅ（図７参照）を、ブラケット２３ごとフレーム１６に対し着脱できる。図１４は、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｅをフレーム１６から取り外した状態を示す。
In the
又、本実施形態におけるワーククランプユニット１０９においては、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂ用の油圧シリンダ２６も、フレーム１６に対し着脱できる。更に、本実施形態では、ワーククランプユニット１０９は、支柱部材９９を備え、支柱部材９９を介して油圧シリンダ２６がフレーム１６に取り付けられる。
Further, in the
本実施形態においては、油圧シリンダ２６を、第一実施形態（図７）と同様にフレーム１６に直接取り付ける状態と、図１４に示すようにフレーム１６に対して支柱部材９９を介して取り付ける状態とに変更できる。支柱部材９９は、第２のワークＷ２のｚ軸方向の寸法が小さく、架台８の表面から第２のワークＷ２の上端までの距離が、架台８の表面から一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂ及び一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆ（図７参照）の上端部までの距離よりも小さいときに使用される。
In the present embodiment, the
本実施形態の摩擦撹拌接合装置の構成は、ワーククランプユニット１０９以外は、第１実施形態と同様である。
The configuration of the friction stir welding apparatus of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except for the
本実施形態におけるワーククランプユニット１０９は、図１４に二点鎖線で示すように、ワークテーブル１０に接合姿勢で配置された第２のワークＷ２の上端（ｚ軸方向の寸法）が、一対のサイドクランプローラ２２ａ，２２ｂ及び一対のサイドクランプローラ２２ｅ，２２ｆ（図７参照）の位置まで達しない場合に、図１４に示した構成で使用される。すなわち、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂ用の油圧シリンダ２６は、支柱部材９９を介してフレーム１６に取り付けられている。この際、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂと干渉する可能性のあるサイドクランプローラ２２ａ，２２ｅは、予めブラケット２３ごとフレーム１６から取り外しておく。又、サイドクランプローラ２２ａ，２２ｅと対になっているサイドクランプローラ２２ｂ，２２ｆは、油圧シリンダ２４により、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂと干渉しない位置に予め退避させておく。
The
これにより、本実施形態におけるワーククランプユニット１０９は、ワークテーブル１０に配置された図１４に二点鎖線で示す第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の接合姿勢を、一対のサイドクランプローラ２２ｃ，２２ｄと、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂにより保持することができる。
As a result, the
したがって、本実施形態の摩擦撹拌接合装置によっても、第１実施形態と同様に第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合処理を行うことができ、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 Therefore, also by the friction stir welding apparatus according to the present embodiment, the friction stir welding process can be performed on the corner portions c1 and c2 of the first work W1 and the second work W2 similarly to the first embodiment. The same effect as that of the embodiment can be obtained.
なお、本開示は、前記実施形態にのみ限定されるものではなく、ワーククランプユニット９は、接合装置本体５とは別体に形成され、フレーム１３とは別のフレーム１６に、第１のワークＷ１と第２のワークＷ２の摩擦撹拌接合を行う部分を接合姿勢に保持するローラを備えていれば、図示した以外の構成であってもよい。
Note that the present disclosure is not limited to only the above embodiment, and the
たとえば、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆの数は、３対として示したが、ワークＷ１，Ｗ２のサイズや重量等に応じて適宜増減してもよい。サイドクランプローラのｘ軸方向及びｚ軸方向の配置は、適宜変更してもよい。同様に、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂは、数や配置を適宜変更してもよい。
For example, although the number of
サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆと、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂの径や、外周面の幅寸法（軸心方向の寸法）は、図示したものに限定されることなく適宜変更してもよい。
The diameters of the
ワーククランプユニット９に備えられる第２のワークＷ２を両側から保持する転動体としてサイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆを、第２のワークＷ２を第１のワークＷ１とは反対側から保持する転動体としてトップクランプローラ２５ａ，２５ｂを示したが、転動体は、第２のワークＷ２の移動に追従して転動することが可能な部材であれば、保持具（ホルダ）に回転自在に保持された球体等、その他の部材を用いてもよい。
The
更に、複数のワーククランプユニット９を、接合装置本体５よりもツール相対移動方向ｔの前側（図１、図２では左側）に、配列してもよい。この場合、接合装置本体５の最も近くに配置されたワーククランプユニット９以外のワーククランプユニット９は、フレーム１６の突出部１８を省略して、門形部１７のみを備える構成とすればよい。
Furthermore, the plurality of
サイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄ，２２ｆの押圧手段としては、サイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄ，２２ｆを第２のワークＷ２に側方から押し付けることができれば、空気圧シリンダや送りねじ機構等、油圧シリンダ２４以外の任意の構成を採用してもよい。
As pressing means for the
ワーククランプユニット９のサイドクランプローラ２２ｂ，２２ｄ，２２ｆと対となっているサイドクランプローラ２２ａ，２２ｃ，２２ｅにも押圧手段を備えてもよい。
The
トップクランプローラ２５ａ，２５ｂの押圧手段としては、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂを第２のワークＷ２における第１のワークと反対側の端縁に押し付けることができれば、空気圧シリンダや送りねじ機構等、油圧シリンダ２６以外の任意の構成を採用してもよい。
As a pressing means for the
第２実施形態では、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂの位置を調整するために、油圧シリンダ２６とフレーム１６との間に支柱部材９９を取り付ける構成を示した。しかしながら、支柱部材９９を設ける代わりに、油圧シリンダ２６を、支柱部材９９の長さ以上のストロークを有するよう構成してもよい。
In the second embodiment, the
本開示における摩擦撹拌接合装置は、第１のワークＷ１と、第１のワークＷ１の面Ｐ１に対して９０度以外の角度をなす姿勢で端縁が突き合わされた第２のワークＷ２とにより形成される２つの角隅部（内隅部）ｃ１，ｃ２を、摩擦撹拌接合の対象としてもよい。この場合は、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ａとの間の角度が９０度以外となるため、角隅部ｃ１の摩擦撹拌接合に用いる第１の摩擦撹拌接合ツール１ａの固定式ショルダ３ａが、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ａとの間の角度に応じた山形の端部を有するよう形成される。同様に、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ｂとの間の角度が９０度以外となるため、角隅部ｃ２の摩擦撹拌接合に用いる第２の摩擦撹拌接合ツール１ｂの固定式ショルダ３ｂが、第１のワークＷ１の面Ｐ１と第２のワークＷ２の側面Ｐ２ｂとの間の角度に応じた山形の端部を有するよう形成される。
The friction stir welding apparatus according to the present disclosure is formed of a first work W1 and a second work W2 whose edges are butted at an attitude other than 90 degrees with respect to the surface P1 of the first work W1. The two corners (inner corners) c1 and c2 may be subjected to friction stir welding. In this case, since the angle between the surface P1 of the first work W1 and the side surface P2a of the second work W2 is other than 90 degrees, the first friction stir welding used for the friction stir welding of the corner portion c1 The fixed
又、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂのプローブ２ａ，２ｂが、固定式ショルダ３ａ，３ｂの端部の山形の角度の二等分線の方向に沿って配置される。
Further, the
この場合、ワーククランプユニット９において、サイドクランプローラ２２ａ〜２２ｆを、第２のワークＷ２を挟んで対称となる位置に配置し、トップクランプローラ２５ａ，２５ｂを第２のワークＷ２の面に沿わせて傾斜配置する。
In this case, in the
更に、接合装置本体５は、ワークテーブル１０に配置された第１のワークＷ１と第２のワークＷ２とによって形成される角隅部ｃ１，ｃ２に、図４Ａおよび図４Ｂに示したような固定式ショルダ３ａ，３ｂを備えた一対の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂを配置して、角隅部ｃ１，ｃ２の摩擦撹拌接合を行うことができれば、図示した以外の構成を備えていてもよい。たとえば、接合装置本体５において、フレーム１３と第１の主軸ユニット６ａとの間に介装する第１のツール押圧部１４の第１の軸直交方向移動ユニット５１と第１の軸方向移動ユニット５２とのｘ軸方向の配置（順序）を入れ替えてもよい。又、第２のツール押圧部１５も同様に、フレーム１３と第２の主軸ユニット６ｂとの間に介装した第２の軸直交方向移動ユニット５３と第２の軸方向移動ユニット５４とのｘ軸方向の配置（順序）を入れ替えてもよい。
Furthermore, the bonding device
軸直交方向移動ユニット５１，５３は、直動機構として、ラックアンドピニオン方式や、アクチュエータ等、ボールねじ機構５９，８１以外の直動機構を使用してもよい。又、直動機構の配置、ガイドレール５６，７８の数や配置、ガイドブロック５７，７９の数や配置、ベースプレート５５，７７や移動テーブル５８，８０の形状、ガススプリング６５，８７の配置等については、任意に変更してもよい。軸直交方向移動ユニット５１，５３の重力補償機構として、定荷重ばねやその他のばね、シリンダ、カウンターウェイト等、ガススプリング６５，８７以外の任意の形式を採用してもよい。
The axis orthogonal
軸方向移動ユニット５２，５４は、直動機構として、ラックアンドピニオン方式や、アクチュエータ等、ボールねじ機構７０，９２以外の直動機構を使用してもよい。又、直動機構の配置、ガイドレール６７，８９の数や配置、ガイドブロック６８，９０の数や配置、ベースプレート６６，８８や移動テーブル６９，９１の形状等については、任意に変更してもよい。
The
更に、第１のツール押圧部１４と第２のツール押圧部１５は、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの位置の制御と、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂに付与する押圧荷重の制御を行うことができれば、図示した以外の任意の形式を採用してもよい。たとえば、ｙ軸方向に移動するテーブルを備えた移動ユニットと、ｚ軸方向に移動するテーブルを備えた移動ユニットとのテーブル移動量及び出力を組み合わせて制御してもよい。
Furthermore, the first
角隅部ｃ１，ｃ２に配置する一対の摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂは、ｘ軸方向の位置を互いにずらした配置としてもよい。
The pair of friction
移動機構１２は、ワークテーブル１０をｘ軸方向に沿って移動させることができる構成としてあれば、図示した以外の構成でもよい。たとえば、移動機構１２として、ボールねじ機構やアクチュエータを用いてもよい。あるいは、移動機構１２は、架台８側に設けられるラックと、ワークテーブル１０側に設けられる回転駆動可能なピニオンギアとを備えた構成としてもよい。
The moving
第１のワークＷ１の面Ｐ１を配置するｘｙ平面は水平面でなく、傾斜していてもよい。この場合は、装置構成の説明に用いた前述した３次元直交座標系を、ｘｙ平面を基準に角度を変更すればよい。 The xy plane on which the surface P1 of the first workpiece W1 is disposed may not be a horizontal surface, but may be inclined. In this case, the angle may be changed based on the xy plane in the above-described three-dimensional orthogonal coordinate system used for describing the apparatus configuration.
摩擦撹拌接合を行うときに、非特許文献１に示されたＡｄＳｔｉｒと云われる手法を適用してもよい。
When performing friction stir welding, a technique called AdStir shown in
この場合は、摩擦撹拌接合ツール１ａ，１ｂの固定式ショルダ３ａ，３ｂのワーク接触面４ａ，４ｂにより形成されている山形の頂部における、ツール相対移動方向ｔの前側にはフィラーを挿入するための切欠部を設け、ツール相対移動方向ｔの後側には接合後の角隅部ｃ１，ｃ２に形成されるフィレットに応じた形状の切欠部を設ける。
In this case, for inserting the filler on the front side of the tool relative movement direction t at the top of the chevron formed by the
接合装置本体は、固定式ショルダを備えた形式の摩擦撹拌接合ツールに限らず、回転式ショルダを備えた形式の摩擦撹拌接合ツールを有する構成であってもよい。 The welding device main body is not limited to the friction stir welding tool of the type provided with the fixed shoulder, and may be configured to have the friction stir welding tool of the type provided with the rotary shoulder.
更に、本開示の摩擦撹拌接合装置は、接合すべきワーク同士の間の接合部であれば、２つの角隅部ｃ１，ｃ２以外の任意の接合部の接合に用いてもよい。 Furthermore, the friction stir welding apparatus according to the present disclosure may be used to join any joint other than the two corner portions c1 and c2, as long as the joint is between the workpieces to be joined.
たとえば、板状のワークの端縁部同士を突き合わせて配置した接合部について摩擦撹拌接合を行う場合にも適用できる。この場合、ワーククランプユニットは、接合装置本体とは別体に形成され、接合装置本体の摩擦撹拌接合ツールが配置されている個所の付近、特に、ツール相対移動方向ｔの前側となる位置に、ワークの表面に押し付けて接合姿勢を保持するためのローラ（転動体）を備える。これにより、ワーククランプユニットは、ワークの表面に押し付けたローラと、ワークが配置されているテーブルや架台等の部材との間で、ワークをクランプして接合姿勢を保持することができる。 For example, the present invention can also be applied to the case where friction stir welding is performed on a joint portion in which end edges of a plate-like work are butted. In this case, the work clamp unit is formed separately from the welding device main body, and in the vicinity of the position where the friction stir welding tool of the welding device main body is disposed, in particular, in the position ahead of the tool relative movement direction t A roller (rolling element) is provided for pressing against the surface of the work to hold the bonding posture. Thus, the workpiece clamp unit can clamp the workpiece between the roller pressed against the surface of the workpiece and a member such as a table or a mount on which the workpiece is disposed, and maintain the joining posture.
ワーククランプユニット９を、摩擦撹拌接合時に接合装置本体５に近接させた近接位置から、ｘ軸方向以外に接合装置本体５から離反させて退避させる方向は、ｘ軸方向でなくてもよい。その場合は、ｘ軸方向のガイドレール１９に代えて、退避させる方向に延びるガイド部を備えればよい。
The direction in which the
ワーククランプユニット９を、摩擦撹拌接合時に接合装置本体５に近接させた近接位置から、接合装置本体５から離反した退避位置に移動できるとしたが、ワーククランプユニット９が、接合装置本体５に近接した位置に取外し可能に固定されていてもよい。
Although it is possible to move the
更に、本開示の摩擦撹拌接合装置は、接合すべきワークを固定し、固定されたワーク間の接合部に沿って摩擦撹拌接合ツールを有する接合装置本体を移動させるようにして摩擦撹拌接合を行う装置に適用してもよい。この場合は、ワーククランプユニットが接合装置本体の移動方向に先行する側の近接した位置に配置され、摩擦撹拌接合を行うために接合装置本体を接合部の延びる方向に移動させるときに、ワーククランプユニットが接合装置本体に押されて一緒に移動するようにすればよい。又、ワーククランプユニットが、接合装置本体と同期して移動するための移動機構を備えてもよい。 Furthermore, the friction stir welding apparatus according to the present disclosure fixes the workpieces to be joined and performs friction stir welding such that the welding apparatus main body having the friction stir welding tool is moved along the joints between the fixed workpieces. It may be applied to the device. In this case, the work clamp unit is disposed at an adjacent position on the side preceding the moving direction of the bonding apparatus body, and the work clamp is moved in the extending direction of the bonding unit to perform friction stir welding. The units may be pushed by the bonding device body to move together. In addition, the work clamp unit may be provided with a moving mechanism for moving in synchronization with the welding device main body.
以上、本開示の好ましい実施例を説明したが、本開示はこれら実施例に限定されることはない。本開示の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。本開示は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。 Although the preferred embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited to these embodiments. Additions, omissions, substitutions, and other modifications of the configuration are possible without departing from the spirit of the present disclosure. The present disclosure is not limited by the foregoing description, but is limited only by the scope of the appended claims.
本開示によれば、接合すべきワーク同士の接合姿勢を、摩擦撹拌接合ツールの押圧荷重の反力の影響を受けない状態で保持しながら、ワーク間の接合部を摩擦撹拌接合することができる摩擦撹拌接合装置を提供することができる。 According to the present disclosure, the friction stir welding can be performed on the joint between the works while holding the joining posture of the works to be joined without being affected by the reaction force of the pressing load of the friction stir welding tool. A friction stir welding apparatus can be provided.
１ａ 第１の摩擦撹拌接合ツール（摩擦撹拌接合ツール）
１ｂ 第２の摩擦撹拌接合ツール（摩擦撹拌接合ツール）
５ 接合装置本体
９ ワーククランプユニット
１３ フレーム（第１フレーム）
１６ フレーム（第２フレーム）
２２ａ〜２２ｆ サイドクランプローラ（第１転動体）
２５ａ，２５ｂ トップクランプローラ（第２転動体）
Ｗ１ 第１のワーク（ワーク）
Ｗ２ 第２のワーク（ワーク）
ｃ１，ｃ２ 角隅部（接合部）1a 1st friction stir welding tool (friction stir welding tool)
1b Second friction stir welding tool (friction stir welding tool)
5 Bonding device
16 frames (the second frame)
22a to 22f side clamp roller (first rolling element)
25a, 25b top clamp roller (second rolling element)
W1 1st work (work)
W2 second work (work)
c1, c2 corner (junction)
Claims (8)
前記接合装置本体とは別体に形成され、前記接合部の摩擦撹拌接合を行うときに前記ワークを挟持するよう構成される転動体を有するワーククランプユニットと、を備え、
前記複数のワークは、第１のワークと、前記第１のワークの面に対して所定の角度で交わる姿勢で端縁を接して配置される第２のワークとを有し、
前記接合部は、前記第１のワークと前記第２のワークとにより形成される前記第２のワークの両側の角隅部であり、
前記ワーククランプユニットの前記転動体は、前記第２のワークを両側から挟んで保持する一対の第１転動体と、前記第２のワークを前記第１のワークが設けられる側とは反対側の端部において保持する第２転動体とを備える
摩擦撹拌接合装置。 A welding apparatus body comprising a friction stir welding tool for friction stir welding a joint between a plurality of workpieces in contact with each other;
A work clamp unit having a rolling element formed separately from the welding device body and configured to clamp the work when performing friction stir welding of the joint ;
The plurality of workpieces have a first workpiece and a second workpiece disposed in contact with an edge at a posture that intersects the surface of the first workpiece at a predetermined angle,
The joint portion is a corner on both sides of the second work formed by the first work and the second work,
The rolling elements of the work clamp unit are a pair of first rolling elements holding the second work on both sides, and a side opposite to the side on which the first work is provided on the second work. A friction stir welding apparatus comprising: a second rolling element for holding at an end .
請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 1, wherein the work clamp unit is configured to be movable to a proximity position close to the welding apparatus main body and a retracted position away from the welding apparatus main body.
請求項２記載の摩擦撹拌接合装置。 The friction stir welding apparatus according to claim 2, wherein the work clamp unit is configured to be movable along a direction in which the joint extends.
前記ワーククランプユニットは、前記接合装置本体の前記第１フレームとは別の第２フレームを備える
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置。 The welding device body includes a first frame that receives a reaction force of a pressing load of the friction stir welding tool,
The friction stir welding apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the work clamp unit includes a second frame different from the first frame of the welding apparatus body.
前記第１フレームに、前記主軸ユニットが、前記ツール押圧部を介して取り付けられる
請求項４記載の摩擦撹拌接合装置。 The welding device main body is configured to rotate a probe of the friction stir welding tool, and to apply a pressing load for pressing the friction stir welding tool toward the welding portion. And a tool pressing portion,
The friction stir welding apparatus according to claim 4, wherein the spindle unit is attached to the first frame via the tool pressing portion.
前記第２フレームに前記転動体が取り付けられている
請求項４記載の摩擦撹拌接合装置。 The second frame is disposed in proximity to the friction stir welding tool,
The friction stir welding apparatus according to claim 4, wherein the rolling element is attached to the second frame.
前記突出部は、前記第２フレームが前記摩擦撹拌接合ツールに近接して配置されるときに、前記摩擦撹拌接合ツールの上方に配置される、
請求項６記載の摩擦撹拌接合装置。 The second frame includes a gate-shaped portion, and a protrusion protruding toward the bonding device main body from a surface of the gate shaped portion facing the bonding device main body,
The protrusion is disposed above the friction stir welding tool when the second frame is disposed in proximity to the friction stir welding tool.
The friction stir welding apparatus according to claim 6.
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置。 The rolling element is located on the front side relative to a position where friction stir welding is performed in a tool relative movement direction in which the friction stir welding tool is moved relative to the joint when performing friction stir welding of the joint. And at the same position as the position where the friction stir welding is performed in the relative movement direction of the tool
The friction stir welding apparatus according to any one of claims 1 to 7 .
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