(57)【要約】      （修正有）【課題】薄肉状または温度に敏感な加工物同士を摩擦攪拌溶接により結合することができる装置を提供する。【解決手段】軸は回転するように駆動でき、軸の駆動端から遠い軸端にはピン状突起８が配置され、ピン状突起の端部には第１のショルダ６により形成された第１の止め部が配置され、第１のショルダはピン状突起の直径より大きい直径を持ち、第２のショルダから形成された第２の止め部７は、結合すべき加工物が止め部７同士の間で囲むことができるように配置され、止め部の少なくとも１つは並進移動でき、他の止め部の方向に所定の力で加工物を囲むようになっている、摩擦攪拌溶接法を用いた加工物結合装置を提案する。この場合、加工物結合装置１は、第２のショルダ７または第２の止め部が回転でき、第１および第２のショルダ６、７同士または第１および第２の止め部同士が互いに反対方向に回転できるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸（３３、３３’）は回転するように駆動でき、前記軸の駆動端から遠い軸端にはピン状突起（８）が配置され、前記ピン状突起（８）の端部には第１のショルダ（６）により形成された第１の止め部が配置され、第１のショルダ（６）はピン状突起（８）の直径より大きい直径を持ち、第２のショルダ（７）から形成された第２の止め部は、結合すべき加工物（１９）が前期止め部（６、７）同士の間で囲むことができるように配置され、前記止め部（６、７）の少なくとも１つは並進移動でき、他の止め部の方向に所定の力で加工物（１９）を囲むようになっている、摩擦攪拌溶接法を用いた加工物結合装置であって、
前記第２のショルダ（７）または前記第２の止め部は回転可能に構成され、前記第１および第２のショルダ（６、７）または第１および第２の止め部は互いに反対方向に回転できるように構成されていることを特徴とする加工物結合装置。
【請求項２】
前記軸（３３、３３’）の回転と、前記力を生成する運動とは前記加工物結合装置（１）で生み出され、互いに分離され互いから影響を受けないように結合すべき加工物（１９）に導入されるように前記加工物結合装置（１）が構成されていることを特徴とする請求項１記載の加工物結合装置。
【請求項３】
駆動モジュール(３)が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の加工物結合装置。
【請求項４】
駆動モジュールは前記軸（３３、３３’）の回転を生成することを特徴とする請求項３記載の加工物結合装置。
【請求項５】
前記駆動モジュール（３）は前記少なくとも１つのショルダまたは前記少なくとも１つの止め部の並進運動を生成することを特徴とする請求項３又は４記載の加工物結合装置。
【請求項６】
前記軸（３３、３３’）は駆動モジュールの部品であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項７】
前記軸はころ軸受を持つことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項８】
基本モジュール(２)が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項９】
前記駆動モジュール（３）用のホルダが基本モジュール（２）上に設けられていることを特徴とする請求項８記載の加工物結合装置。
【請求項１０】
前記軸(３３)が装着されているころ軸受（２６）が前記基本モジュール(２)内に設けられていることを特徴とする請求項８又は９記載の加工物結合装置。
【請求項１１】
前記基本モジュール（２）と前記駆動モジュール（３）がリニアガイド(１１)を介して接続されていることを特徴とする請求項８ないし１０のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項１２】
前記リニアガイド(１１)がリニア軸受（３６）であることを特徴とする請求項１１記載の加工物結合装置。
【請求項１３】
前記並進運動を生成するために、前記基本モジュール（２）と前記駆動モジュール（３）との間に配置された要素（１０）が設けられ、前記要素（１０）は前記基本モジュール（２）と前記駆動モジュール（３）とに接続されていることを特徴とする請求項８ないし１２のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項１４】
前記要素がリニア運動シリンダ（１０）であることを特徴とする請求項１３記載の加工物結合装置。
【請求項１５】
前記要素がリニア運動シリンダシステム（１０）であることを特徴とする請求項１４記載の加工物結合装置。
【請求項１６】
前記リニア運動シリンダシステム（１０）が電気油圧式に制御されることを特徴とする請求項１５記載の加工物結合装置。
【請求項１７】
前記リニア運動シリンダシステム（１０）を制御するステッピングモータ（９）が設けられていることを特徴とする請求項１５又は１６記載の加工物結合装置。
【請求項１８】
操作装置(１７)用の結合部（４）が基本モジュール（２）に設けられていることを特徴とする請求項８ないし１７のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項１９】
前記操作装置（１７）は結合すべき加工物（１９）の領域に沿った送り運動を生成することを特徴とする請求項１８記載の加工物結合装置。
【請求項２０】
前記操作装置（１７）はロボットであることを特徴とする請求項１８又は１９記載の加工物結合装置。
【請求項２１】
前記軸は同期モータ(１２)を介して回転駆動できることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項２２】
前記軸は方向変更歯車装置(１３)を介してその回転駆動装置に接続されていることを特徴とする請求項１ないし２１のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項２３】
結合すべき加工物(１９)に作用する前記力を記録するセンサ(２３)又はセンサシステムが設けられていることを特徴とする請求項１ないし２２のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項２４】
前記センサ（２３）は前記基本モジュール(２)に作用するように前記第２のショルダ(７)又は前記第２の止め部と前記駆動モジュール（３）との間に配置されていることを特徴とする請求項２３記載の加工物結合装置。
【請求項２５】
前記センサ（２３）が加工物結合装置用のコントローラに接続されていることを特徴とする請求項２３又は２４記載の加工物結合装置。
【請求項２６】
前記センサ（２３）が圧電測定ワッシャであることを特徴とする請求項２３ないし２５のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項２７】
前記センサ（２３）にプレストレスがかけられていることを特徴とする請求項２３ないし２６のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項２８】
前記第２のショルダ（７）又は前記第２の止め部が駆動モジュール（３）に配置されていることを特徴とする請求項３ないし２７のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項２９】
前記第２のショルダ（７）又は前記第２の止め部を駆動する第２の回転駆動装置が設けられていることを特徴とする請求項１ないし２８のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項３０】
前記第２のショルダ（７）又は前記第２の止め部がころ軸受を具えていることを特徴とする請求項１ないし２９のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項３１】
前記第２のショルダ又は前記第２の止め部が中空軸(３２)回りに回転できることを特徴とする請求項１ないし３０のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項３２】
前記第１のショルダ(６)又は前記第１の止め部用の前記回転軸（３３、３３’）が前記中空軸(３２)内で案内されることを特徴とする請求項３１記載の加工物結合装置。
【請求項３３】
前記第２のショルダ（７）又は前記第２の止め部が基本モジュール（２）に配置されていることを特徴とする請求項８ないし２７のいずれか記載の加工物結合装置。
【請求項３４】
前記ショルダ（６、７）又は止め部同士の回転速度は互いに異なるように決定できることを特徴とする請求項１ないし３３のいずれか記載の加工物結合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌溶接法を用いた加工物結合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この装置において、軸は回転するように駆動でき、この軸の駆動端から遠い軸端にはピン状突起が配置され、このピン状突起の端部には第１のショルダにより形成された第１の止め部が配置され、第１のショルダはピン状突起の直径より大きい直径を持ち、第２のショルダから形成された第２の止め部は、結合される加工物が上記止め部同士で囲むことができるように配置され、上記止め部の少なくとも１つは並進移動でき、他の止め部の方向に所定の力で加工物を囲むようになっている。
【０００３】
この種の装置は知られている（EP-B-0 615 480およびDE-C-199 57 136）。摩擦攪拌溶接（摩擦溶接のいっそうの発展形でＦＳＷとして広く知られている）は基本的に数年間知られており、繰り返し一層発展してきた。
【０００４】
元来、摩擦溶接は、所望の結合領域において互いに摩擦溶接されることにより互いに結合されるべき二つの加工物を移動させ、工程において予め設定できる力で互いに押し付けることにより行われた。端部での摩擦により発生した熱により、加工物の材料は結合領域において可塑化される。材料が一旦充分に可塑化されると、二つの加工物の材料同士の充分かつ徹底的な混合が、少なくとも表面に近い結合領域で起こり得る。したがって、二つの加工物が冷えるにつれて、それらの間に所望の溶接継手が形成される。
【０００５】
摩擦攪拌溶接の場合、摩擦と材料の充分な混合をもたらすために加工物同士の相対運動は必要ない。その代わり、駆動装置またはモータによる充分に大きな回転を行うようにされるピン状突起または円筒状突起が、互いに接するか又は互いに重なるように位置する、結合されるべき二つの加工物の端部領域に置かれる。例えば特定のガイド装置またはロボットにより提供できるような適当な案内により、さらにピン状突起は、結合されるべき二つの加工物の隣接縁部に沿って例えば並進運動を行うようにせしめられる。加工物は、頑丈な静止した対向軸受けにより互いから逃げないようにされる。
【０００６】
ピン状突起と加工物の材料との回転の結果、隣接した材料領域に発生した摩擦熱により溶接工程が開始された後に加工物の材料が充分に可塑化されると、ピン状突起の回転運動が維持されながら、加工物間のビード形状に沿って並進運動が行われ、例えば縦ビードが形成される。
【０００７】
EP-B-0 615 480にしたがう、このような一般的な種類の装置についていうと、加工物同士は、ピン状突起よりも大きな直径を持つ二つの止め部により形成される溶接ビードと隣接縁部周辺の領域における既知の装置により互いに保持され、ピン状突起は二つの止め部間に囲まれている。互いに向き合う二つの止め部の面同士は、形成されるべき溶接ビードの領域周辺の加工物の一方の面上に回転状に結合される両加工物の表面を各々カバーするショルダを有効に形成する。例えば、装置により、結合されるべき二つの加工物の表面同士に関して直角に圧力を加えると、結合されるべき加工物の側面での、この圧力から離れた方向の接触圧は、二つの止め部の二つのショルダの間の固定間隔に基づきショルダに相当して減少する。したがって、この装置では、適当な対向軸受けを提供するために特殊な圧力手段を用いなければならない。これは、平坦状かパネル形状の金属シートなどのような加工物には、まあまあ複雑ではあるものの可能であるが、摩擦攪拌法により製造される複雑な溶接継手では、加工物の複雑な形状に起因して通常では不可能である。
【０００８】
さらに、多くの製造領域における広範な機能に産業用ロボットが使用される。例えば、溶接継手を生成するための平坦またはその他の対向軸受けを提供することが困難であるだけでなく、完全に不可能であることさえ多く、さらに、ロボット自身が所要の加圧力を生成できないか、または極めて高度に複雑なやり方でしか生成できないような自動車製造または航空機製造といった機能に、産業用ロボットが使用される。
【０００９】
DE-C-199 57 136は、溶接工程を実施するための止め部の少なくとも１つを加工物の影響の下で移動でき、予め定めることができる力で囲むことができるような装置を開示している。これによれば、装置自身が、対向軸受けを必要とせずに、結合すべき加工物の両面に必要な圧力を施すことができる。したがって、複雑な加工物の場合であっても、溶接ビード、例えば、支持体を必要とせずに空間的には３次元状に延びる溶接ビードであって、過去には溶接ビードのルートを確保しなければならなかったと思われ、同時に加工物を支持しなければならなかったと思われる溶接ビードを作ることが可能である。そのため、操作システムが、結合するべき加工物に力を施さなければならないことを回避できる。
【００１０】
これを達成するため、油圧媒体が適切に適用されると並進運動を生成する直線運動シリンダが、回転軸に接続された装置に設けられるので、結合するべき加工物に力が施される。
【００１１】
さらに、回転可能な第１の止め部が回転軸に接続され、並進運動の結果、結合するべき加工物に下から押し付けられ、第２の固定された止め部に対し加工物を締め付ける。
【００１２】
固定された上方の第２の止め部と回転している下方の第１の止め部は、材料の流れ挙動に起因して、摩擦攪拌溶接工程中、結合するべき加工物の左側と右側とで異なった温度をもたらす。この結果、結合するべき加工物の内部で異なった熱分布をもたらし、溶接ビードの質に影響を及ぼす可能性がある。これは薄い金属シートの場合には特に問題となる。何故なら、派生する温度差が極めて大きく、対流により境界面への充分大きな熱流れを生成するのが不可能となるからである。その結果、金属シートの特性は溶接領域で悪影響を受けるか、または破壊されることすらある。そのため、継手を作ることがもはや不可能となる。さらに、存在する温度差はビードの質に影響を与える可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明は、薄肉状または温度に敏感な加工物同士を摩擦攪拌溶接により結合することができる装置を提供するという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明にしたがうと、上記の目的は以下のようないっそうの独立した解決策により達成される：第２のショルダまたは第２の止め部が回転可能に構成され、第１および第２のショルダまたは第１および第２の止め部が互いに反対方向に回転可能に構成される。
【００１５】
反対方向に回転することにより、面間で温度勾配がないように温度が正確に設定できる。反対方向の回転中、金属シートの頂部のより高温の面は、金属シートの底部の低温面と対向しており、その逆も同様であるので、金属シートを通した熱短絡により温度が直ちに均等化される。このため、薄い金属シート同士が結合できる。さらに、異なる回転方向により生成されるモーメント同士も事実上互いに相殺しあい、操作システムに作用する力とモーメントは低下する。何故なら、この状況では、装置は外部的には中立の振る舞いをするからである。
【００１６】
本発明のいっそうの教示は、軸の回転および力を生む運動は装置で生成され、互いに分離され互いから影響を受けないように製造すべき加工物に導入されることを規定する。その結果、並進運動の逃げ力と回転の逃げモーメントが著しく低下するので、並進および回転運動工程を正確に制御可能に開始できる。したがって、並進システムにおいて特に低回転速度で起こる降伏応力であって、逃げ力を超えると突然起こる降伏応力が減少するので、結合すべき加工物の温度ピークが抑制される。
【００１７】
本発明のいっそうの教示は、本発明に係る装置の一部品が駆動モジュールであることを規定する。この場合、駆動モジュール自身は、前記少なくとも１つのショルダと前記少なくとも１つの止め部の回転および並進運動をもたらす。互いに別個の２種類の運動をもたらす駆動モジュールが提供されるので、装置が単純に設計できる。
【００１８】
本発明のいっそうの教示は、高回転速度のとき、また高トルクを伝達しなければならないとき、正確な並進運動能力が確保されるように、前記駆動モジュールの一部品である軸が装置においてころ軸受上に装着されるので、充分な回転荷重をもって極めて小さな並進変位運動ができることを規定している。
【００１９】
さらに、本発明の一つの教示は、装置が基本モジュールを備えていることを規定している。基本モジュールは駆動モジュール用のホルダーを持つ。本発明のいっそうの教示によると、ころ軸受けが基本モジュールに設けられ、並進運動能力を維持しながら軸の軸受として作用する。この場合、基本モジュールと駆動モジュールは、リニアガイド、例えばリニア軸受、を介して接続されている。リニア軸受のため、並進運動ができるだけ正確に案内されること、溶接工程中に生み出される横力は回転駆動にも並進駆動にも作用せず、したがって、それらに損傷を与えることはできないこと、が保証される。さらに、本発明は、並進運動を生み出し、駆動モジュールと基本モジュールとの間に位置し、及び／又は駆動モジュールと基本モジュールに接続され、基本モジュールと駆動モジュールとの間に配置されるようになっている要素を規定している。この要素は直線運動シリンダ、又は直線運動シリンダシステムである。この直線運動シリンダシステムは電気油圧式に制御され、２つ以上のシリンダが用いられると、電子的又はその他の適当な方式で接続され、同期運転を確保する。この場合、この制御工程にはステッピングモータを設けるのが有利である。並進を生み出し、制御された力で移動可能である移動システムを介して二つのモジュールを結合すると、可変力ができるだけ正確に維持できる。
【００２０】
操作システムのための結合は基本モジュール自体の上に設けられ、加工物の結合領域に沿った送り運動をもたらす。そのような１つの操作システムはロボットであることが好都合である。この場合、ロボット自身は送り運動を与えるだけでよく、加工物同士を接合するための力を生成する必要はなく、反応トルクを吸収する必要もない。何故なら、回転と並進は装置で生成され、運動の制約から派生するトルクは充分に吸収されるからである。
【００２１】
本発明のいっそうの教示は、軸自身が同期モータを介して回転駆動されることを規定する。同期モータは回転速度が最適に制御されるようにする。さらに、軸と回転駆動装置は方向変更歯車装置を介して互いに接続できる。方向変更歯車装置は駆動装置をできるだけ自由に配置できるようにするので、装置が容易に操作できるようになる。
【００２２】
加工物に作用する力をできるだけ正確に制御できるようにするために、本発明のいっそうの教示は、結合すべき加工物に作用する力を記録するセンサまたはセンサシステムが設けられることを規定する。このセンサは、例えば、第２のショルダ又は第２の止め部と駆動モジュールとの間の基本モジュールに作用するように構成されている。このセンサは、それ自身が装置制御装置に接続されている。良好な測定精度を達成するために、センサ自身にプレストレスをかけておく。好ましくは、このようなセンサは圧電測定座金であり、固定の目的のため、また、引張荷重による破壊から守られるためにプレストレスをかけられた形態で設置される。
【００２３】
本発明のいっそうの教示によれば、第２の止め部は基本モジュール上または駆動モジュール上のいずれかに配置される。第２のショルダ又は第２の止め部が駆動モジュール上に配置されると、このショルダ又は止め部は回転するように駆動できる。この目的で第２の回転駆動装置が設けられる。第２のショルダ又は第２の止め部の運動のための低い逃げ力を同様に達成するため、後者は同様にころ軸受を備えている。
【００２４】
本発明のいっそうの教示は、第２のショルダ又は第２の止め部は中空軸周りに回転できるように駆動可能であることを規定する。この場合、第１のショルダ又は第１の止め部用の回転軸は中空軸内で案内される。このため、単純な設計が可能である。
【００２５】
二つの回転駆動装置は、適当なコントローラを用いてショルダ又は止め部に異なった回転速度を設定することができることを意味し、これにより、導入すべき温度および温度分布を最適に設定することができることを意味する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明を以下の略図を参照して詳細に説明する：
【００２７】
図１は、本発明に係る摩擦攪拌溶接用の溶接装置１を示す。装置１は、基本モジュール２と駆動モジュール３からなり、操作装置１７に接続されている。操作装置１７は例えばロボットである。
【００２８】
装置１は二重ショルダ工具５を持ち、二重ショルダ工具５は、ピン８、ピン８に固着するように装着された第１のショルダ６、回転可能で、基本モジュール２又は駆動モジュール３上に設けられた第２のショルダ７からなる。二重ショルダ工具５は工具ホルダ２０に挿入されている。
【００２９】
駆動モジュール３は工具駆動装置１２を有し、工具駆動装置１２はスピンドル軸受１４内に設けられた軸３３、３３’を方向変更歯車装置１３を介して駆動する。さらに、駆動モジュール３は、適当な伝達手段(図示せず）を持つ中空軸３２用の駆動装置(図示せず）を備えている。駆動モジュール３と基板２とはリニア軸受１１を介して互いに接続されている。図２から判るように、リニア軸受１１は、駆動装置に面している側の止め部２２と、工具に面しているリニア軸受１１側の止め部３０とを持つ精密軸２１からなる。
【００３０】
リニア軸受１１は、基本モジュール２に対する駆動モジュール３の並進運動を可能とするので、中空軸３２または軸３３の並進運動を生成する。駆動は、リニア運動駆動装置１０を介して得られ、リニア運動駆動装置１０はステッピングモータ９と接続されて、これを制御する。ステッピングモータ９と工具駆動装置１２は駆動連結部１５を持ち、駆動連結部１５はモータ９、１２に適切な動力を供給する。図２から判るように、基本モジュール２は連結部４を持ち、溶接装置１を操作装置１７に結合するようになっている。接続部４はセンタリングジャーナル１８を備え、センタリングジャーナル１８を介して連結がなされる。工具ホルダ２０は基板２５上に配置されている。測定センサ２３は、基板２５と基本モジュール２の基部１６との間に配置され、測定センサ連結部２４を持ち、測定センサ連結部２４を介してセンサデータ処理システム及び／又はセンサデータ増幅システム及び装置コントローラに接続されている。
【００３１】
装置１は、リアルタイムに作用でき動作制御とＰＬＣ機能性を組み合わせることができる駆動コントローラ系を介して制御される。操作システム１７用のコントローラとの通信、および高レベル制御系との通信もフリープログラミング能およびアナログ／デジタル入力／出力とのアクセスにより、また、各種フィールドバスシステムとの接続性により可能である。
【００３２】
工具ホルダ２０は、図４ｂから判るようにころ軸受２６を持つ。図４ｂは、図４ａに示した線Ｄ−Ｄに沿った断面図を示している。中空軸３２のホルダ(軸ガイド４７）は、ころ軸受２６内部に設けられている（図５ａおよび図７参照）。
【００３３】
図５ｂは、図５ａの線Ｂ−Ｂに沿った断面図を示し、リニア軸受１１が基本モジュール２の基部１６にどのようにねじ付けされているかを図示している。この場合、軸２１は基部１６上に止め部３０により付加的に固着されている。軸２１の反対の端部では、止め部２２が円筒ボルト３１により軸２１に着脱自在に取り付けられている。
【００３４】
同様に、図５ｂは測定センサ２３の配置を示している。図５ｃは、図５ａの線Ｃ−Ｆについての測定センサの領域の断面図を示す。基板２５と基本モジュール２の基部１６は頸細ボルト２８を介して互いに接続されている。頸細ボルト２８は測定センサ２３を貫通している。図５ｄは、基板２５の領域、基部１６の領域、それらの間に配置された測定センサ２３の領域の拡大図である。この場合、頸細ボルト２８はセンタリングブシュ２９内に配置されている。センタリングブシュは測定センサ２３の中央に置かれている。
【００３５】
図６ａ〜６ｅは駆動モジュール３の設計を示す。図６ａは駆動モジュール３の平面図を示し、駆動モジュール３は孔３４を備えた駆動モジュール基板３５を持つ。精密軸２１が孔３４に導入され、駆動モジュール３と基本モジュール２とを接続するようになっている。リニア玉軸受３６が孔３４内に設けられ、精密軸２１ができるだけ少ない摩擦で穴３４内を移動できるようになっている。これは、図６ｃから判り、図６ｃは図６ａから判るとおり駆動モジュール３の線Ｇ−Ｎについての断面を示している。歯車装置フランジ３７は、図６ｂおよび６ｄから判るとおり、センタリングボルト３８を介して基板３５に取り付けられている。図６ｂは、図６ａに示す線Ａ−Ｆに沿った駆動モジュール３の断面を示す。図６ｄは、図６ｂに図示した線Ｏ−Ｒに沿った駆動モジュールの断面を示す。
【００３６】
中間フランジ３９はステッピングモータ９とリニア運動駆動装置１０との間に配置されており、内部にクラッチ４０を備えている。図６ｂから判るように、ステッピングモータ９はクラッチ４０を介してリニア運動駆動装置１０に作用する。
【００３７】
かみ合いクラッチ４１がスピンドル軸受１４内に設けられている。かみ合いクラッチ４１は、クラッチ上部５０とクラッチ下部５１からなる。クラッチ上部５０は、調整ばね４８を介して軸３３’に接続されている。図６ｄから判るように、軸３３は調整ばね４９を介してクラッチ下部５１に接続されている。頂部で装置を閉じるキャップ４５が駆動モジュール３の上端に設けられている。キャップ４５は、センタリングボルト４４を介して方向変更歯車装置１３に嵌合されている。駆動モジュール基板３５は、中央に孔を持ち、その孔を軸３３が貫通している。軸受板４６がこの孔に配置され、ころ軸受２７が軸受板４６の中に配置されている。ころ軸受２７は軸受フランジ４２を介して軸受板４６に保持されており、軸受フランジ４２はセンタリングボルト４２’を介して軸受板４６に接続されている。軸３３はころ軸受２７内で案内される。ころ軸受２７の上端には間隔ディスク５５が設けられ、固定板５４を介して溝付きナット５３により固着されている。この場合、溝付きナット５３は、図６ｅに拡大して図示するように軸３３の周りに案内される。
【００３８】
歯車装置フランジ３７はスピンドル軸受１４の外壁を表し、この場合、歯車装置３７はセンタリングボルト４３を介して方向変更歯車装置１３に取り付けられている。
【００３９】
図３ｂは組み立てられた状態の溶接装置１を図示する。この場合、軸３３は基本モジュール内の軸ガイド４７を通して挿入される。これはリニア軸受１１にも当てはまり、その場合には、精密軸が駆動モジュール基板３５の穴３４を通される。図３ｂは図３ａに示されたような本発明に係る装置の線Ａ−Ａに沿った断面を示す。
【００４０】
図７は中空軸３２および軸３３の配置を簡略に図示する。この場合、第２のショルダ７は中空軸３２と一体に形成されている。中空軸３２は、いっそうの駆動装置を介し、おそらく中間歯車装置で回転できる。駆動装置と歯車装置は図示されていない。
【００４１】
ころ軸受２６’が軸３３と中空軸３２との間に設けられており、軸同士を互いに関し案内する。この場合、中空軸３２は溶接装置においてころ軸受２６により案内される。中空軸３２と軸３３は双方とも並進移動でき、結合すべき加工物同士に必要な力を適用して摩擦攪拌溶接を行うようになっている。第２のショルダ７と第１のショルダ６とを図８に示すように互いに反対方向に回転すると、結合すべき加工物１９同士の表面上に異なる熱分布が起こる。そのため、より高温の領域Ｗとより低温の領域Ｋが形成される。熱はこれらの領域の間を流れ、表面上の温度を均一にする。この均一化熱流れは好ましい。何故なら、特に、薄い加工物同士に摩擦攪拌溶接を実施するとき、マイナスの影響を及ぼすことがわかっているホットスポットを避けることができるからである。
【００４２】
装置１は以下のように操作される：
【００４３】
ピン８と、これに接続された第１のショルダ１は方向変更歯車装置１３と軸３３、３３’を介し工具駆動装置１２により駆動される。第２のショルダ７は同様に駆動系（図示せず）を介して中空軸３２により回転できる。ショルダ６とショルダ７との間に必要な力が適用できるようにするためには、リニア運動駆動装置１０を、図示しないやり方で基本モジュール２の基部１６に接続する。ステッピングモータ９を駆動すると、駆動モジュール３が基本モジュール２に対してリニア軸受１１に沿って並進移動するので、第１のショルダ６は加工物に押し付けられる。この場合、リニア運動は例えば全体的には１３ｍｍで、１２ｋＮまでの力を生成することがある。リニア運動駆動装置１０により生成された力は、センサ２３からなるセンサシステムを介して測定され、コントローラに供給される。コントローラはこれらの力の測定結果を評価し、ステッピングモータ９を用いることにより、リニア運動駆動装置１０を介して適用される力を制御する。このため、有効な力がきわめて正確に設定できる。並進運動と回転とは分断されているので、二重ショルダ工具５又はピン８および第１のショルダ６は、著明な逃げ運動なしに回転させることができる。さらに、並進運動は逃げ力なく微小に行われるので、プレストレス力が継続的に分配され、ピークが生成されない。したがって、溶接工程を正確に開始することが可能であり、トルクのピークが避けられる。さらに、溶接工程は、リニア運動駆動装置用のコントローラにより、結合すべき加工物の様々な材料厚さに合わせて行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】は、本発明に係る装置の斜視図を示し、
【図２】は、本発明に係る装置の基本モジュールの斜視図を示し、
【図３ａ】は、本発明に係る装置の平面図を示し、
【図３ｂ】は、図３ａの線Ａ−Ａについての本発明に係る装置の断面図を示し、
【図４ａ】は、基本モジュールの側面図を示し、
【図４ｂ】は、図４ａの線Ｄ−Ｄについての本発明に係る装置の基本モジュールの断面図を示し、
【図５ａ】は、本発明に係る装置の基本モジュールの下方から見た図を示し、
【図５ｂ】は、図５ａの線Ｂ−Ｂについての基本モジュールの断面図を示し、
【図５ｃ】は、図５ａの線Ｃ−Ｆについての本発明に係る装置の基本モジュールの断面図を示し、
【図５ｄ】は、図５ｃの詳細を拡大して示し、
【図６ａ】は、本発明に係る装置の平面図を示し、
【図６ｂ】は、図６ａの線Ｈ−Ｆについての本発明に係る装置の駆動モジュールの断面図を示し、
【図６ｃ】は、図６ａの線Ｇ−Ｎについての本発明に係る装置の断面図を示し、
【図６ｄ】は、図６ｂの線Ｏ−Ｒについての本発明に係る装置の駆動モジュールの断面図を示し、
【図６ｅ】は、図６ｂの領域ｘの拡大図を示し、
【図７】は、本発明に係る装置のいっそうの実施形態の断面図を示し、
【図８】は、本発明に係る装置の他の実施形態における、結合すべき加工物内部の熱分布の概略図を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１      溶接装置
２      基本モジュール
３      駆動モジュール
４      操作装置上の接続部
５      二重ショルダ工具
６      第１のショルダ
７      第２のショルダ
８      ピン
９      ステッピングモータ
１０    リニア運動駆動装置
１１    リニア軸受
１２    工具駆動装置
１３    方向変更歯車装置
１４    スピンドル軸受
１５    駆動結合部
１６    基部
１７    操作装置
１８    センタリングジャーナル
１９    加工物
２０    加工物ホルダ
２１    精密軸
２２    止め部
２３    測定センサ
２４    測定センサ結合部
２５    基板
２６    ころ軸受
２６’  ころ軸受
２７    ころ軸受
２８    頸細ボルト
２９    センタリングブッシュ
３０    止め部
３１    円筒ボルト
３２    中空軸
３３    軸
３３’  軸
３４    孔
３５    駆動モジュール基板
３６    リニア玉軸受
３７    歯車装置フランジ
３８    センタリングボルト
３９    中間フランジ
４０    クラッチ
４１    かみ合いクラッチ
４２    軸受フランジ
４２’  センタリングボルト
４３    センタリングボルト
４４    センタリングボルト
４５    キャップ
４６    軸受板
４７    軸ガイド
４８    調整ばね
４９    調整ばね
５０    クラッチ上部
５１    クラッチ上部
５３    溝付きナット
５４    固定板
５５    プレスディスク
Ｗ      高温領域
Ｋ      低温領域
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
2006000928.tif 000007
【図４ｂ】
2006000928.tif 000008
【図５ａ】
2006000928.tif 000009
【図５ｂ】
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【図５ｃ】
2006000928.tif 000011
【図５ｄ】
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【図６ａ】
2006000928.tif 000013
【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図７】
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【図８】
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【外国語明細書】
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