(57)【要約】【課題】摩擦撹拌接合装置を小型化するとともに構成を簡素化し、応答速度を向上させる。【解決手段】摩擦撹拌接合装置１０は、摩擦撹拌接合用工具１６を回転動作させる第１モータ２６と、ボールねじ２０を回転動作させる第２モータ２８とを有する。第２モータ２８が付勢されると、ボールねじ２０が回転動作することに追従してナット７２が下降し、これに伴って変位ユニット５８が下降して、摩擦撹拌接合用工具１６がケーシング１８ごとリニアガイド４４に沿って下降する。その後、第１モータ２６が付勢されると、摩擦撹拌接合用工具１６がカバー部材２２と一体的に回転動作する。【選択図】図３
2006315067.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の部材が積層されることによって形成された積層部を摩擦撹拌接合するための摩擦撹拌接合装置であって、
アーム部材に互いに対向して配設された受治具及び摩擦撹拌接合用工具と、
前記受治具に載置された前記積層部に対して前記摩擦撹拌接合用工具を接近又は離間する方向に変位させる変位手段と、
前記摩擦撹拌接合用工具を回転動作させる第１回転付勢手段と、
前記変位手段を回転動作させる第２回転付勢手段と、
を有し、
前記第１回転付勢手段と前記第２回転付勢手段とが略同一軸線上に配置され、
前記変位手段と前記摩擦撹拌接合用工具の回転中心が、前記第１回転付勢手段と前記第２回転付勢手段の軸線と略一致していることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、前記第１回転付勢手段及び前記第２回転付勢手段が中空モータであることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、前記アーム部材の形状が略Ｃ字状であることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の部材が積層されて形成された積層部を接合するための摩擦撹拌接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
部材同士を積層させ、その積層部を接合する方法としては、アーク溶接が一般的であるが、近年、積層部の肉を摩擦熱で軟化して塑性流動させ、その後、該肉を硬化する、いわゆる摩擦撹拌によるスポット接合が提案されている。摩擦撹拌接合には、アーク接合と比較した場合、ワークの温度上昇を抑制することができるので接合後のワークの歪みがほとんどなく、アークを発生させる必要がないので低コストであり、しかも、溶接ビードが形成されることがないので外観が良好である等の利点がある。その上、リベット接合等と比較して、ボルト・ナット、リベットの締結部品が不要となり、また、作業が簡素である。
【０００３】
摩擦撹拌接合を実施するための摩擦撹拌接合装置は、例えば、特許文献１に記載されているように、ロボットのアーム部に摩擦撹拌接合用工具と受治具とが互いに対向するように設置されて構成され、さらに、摩擦撹拌接合用工具を回転動作させる第１モータと、前記摩擦撹拌接合用工具をワークに対して変位させるための変位手段を回転動作させる第２モータとを有する。
【０００４】
この摩擦撹拌接合装置で摩擦撹拌接合を行うに際しては、下方に配置された受治具に積層部が載置される。そして、第１モータの作用下に回転動作した摩擦撹拌接合用工具が第２モータの作用下に積層部に指向して下降動作し、最終的に、摩擦撹拌接合用工具のプローブが積層部に埋没する。この埋没に伴って、積層部の肉が摩擦撹拌される。
【０００５】
また、特許文献２には、旋回ツール（摩擦撹拌接合用工具）を下方に配設するとともに該旋回ツールに対向して加圧ツールを配設し、加圧モータで加圧ツールを降下させる一方、回転モータで旋回ツールを回転付勢する摩擦撹拌接合装置が提案されている。この場合、旋回ツールと加圧ツールで積層部が挟持された後、旋回ツールが積層部に向かって上昇することになる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１２６９６９号公報
【特許文献２】特開２００４−１３６３４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１記載の装置では、第１モータと第２モータとが同一軸線上に配置され、摩擦撹拌接合用工具を回転動作させるための回転軸、及び該回転軸が連結された加圧軸は、装置の奥行き方向において、この軸線と平行となるようにアーム部に配設されている。このような構成では、奥行き方向の寸法が大きくなってしまう。
【０００８】
また、特許文献２記載の装置では、ワークの重量が過度に大きい場合、該ワークを載置した旋回ツールの回転・上昇が押止され、このために摩擦撹拌が起こらない懸念がある。
【０００９】
しかも、特許文献１、２記載の装置のいずれも、プーリーとベルトを介して回転用モータと摩擦撹拌接合用工具とを接続している。この場合、回転用モータが回転付勢を開始してから摩擦撹拌接合用工具が回転動作し始めることになるが、このために摩擦撹拌接合用工具の応答が遅く、従って、摩擦撹拌接合用工具の回転速度等を制御することが容易ではない。さらに、構成部品の点数が多いので、装置構成が複雑となり、メンテナンスを行う際に煩雑な作業が必要となる。
【００１０】
本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、従来技術に係る摩擦撹拌接合装置に比して小型化を図ることが可能であり、回転付勢手段に対する摩擦撹拌接合用工具の応答速度に優れ、しかも、構成が簡素である摩擦撹拌接合装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明は、複数個の部材が積層されることによって形成された積層部を摩擦撹拌接合するための摩擦撹拌接合装置であって、
アーム部材に互いに対向して配設された受治具及び摩擦撹拌接合用工具と、
前記受治具に載置された前記積層部に対して前記摩擦撹拌接合用工具を接近又は離間する方向に変位させる変位手段と、
前記摩擦撹拌接合用工具を回転動作させる第１回転付勢手段と、
前記変位手段を回転動作させる第２回転付勢手段と、
を有し、
前記第１回転付勢手段と前記第２回転付勢手段とが略同一軸線上に配置され、
前記変位手段と前記摩擦撹拌接合用工具の回転中心が、前記第１回転付勢手段と前記第２回転付勢手段の軸線と略一致していることを特徴とする。
【００１２】
本発明においては、第１回転付勢手段と第２回転付勢手段とが略同一軸線上に配置されており、さらに、この軸線と、変位手段及び前記摩擦撹拌接合用工具の双方の回転中心とが略一致している。このため、装置が小型化する。
【００１３】
しかも、このような配置とすることにより、第１回転付勢手段と摩擦撹拌接合用工具とを、プーリー及びベルトを介して連結する必要がなくなる。従って、装置構成が簡素となる。また、摩擦撹拌接合用工具の回転動作の応答速度が向上するとともに、制御することが容易となる。
【００１４】
前記第１回転付勢手段及び前記第２回転付勢手段は、中空モータとすることが好ましい。中空モータは、中心部に部材を挿通可能な貫通孔ないし挿入可能な挿入孔が設けられているので、第１回転付勢手段及び第２回転付勢手段の軸線と、変位手段及び前記摩擦撹拌接合用工具の双方の回転中心とを容易に略一致させることができ、従って、装置の小型化・簡素化を図ることが容易となる。
【００１５】
前記アーム部材の形状は略Ｃ字状であることが好ましい。このような形状とすることにより、適切な剛性を得ることができる。すなわち、アーム部材が撓み難くなり、このために摩擦撹拌接合用工具の回転中心が変位手段の回転中心から偏倚し難くなる。換言すれば、摩擦撹拌接合用工具の軸ズレを防止することができる。なお、「略Ｃ字状」には、隅部が屈曲した「コ」字形状のものも含まれるものとする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、摩擦撹拌接合用工具を回転動作させる第１回転付勢手段と、変位手段を回転動作させる第２回転付勢手段とを略同一軸線上に配設し、且つこの軸線と、変位手段及び摩擦撹拌接合用工具の回転中心とを略一致させるようにしている。このため、これら摩擦撹拌接合用工具、第１回転付勢手段、変位手段及び第２回転付勢手段が直線状に配列されるので、装置が小型化される。
【００１７】
また、摩擦撹拌接合用工具と第１回転付勢手段との間にプーリーやベルトを介在させる必要がないので、装置構成が簡素となる。従って、メンテナンスを容易に行うことができる。さらに、この場合、回転付勢手段に対する摩擦撹拌接合用工具の応答速度が向上するとともに、回転動作の制御も容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明に係る摩擦撹拌接合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。
【００１９】
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合装置１０の一部縦断面全体側面図を図１に示す。この摩擦撹拌接合装置１０は、略Ｃ字状に屈曲したアーム部材１２と、該アーム部材１２の下端部及び上端部にそれぞれ配設された受治具１４及び摩擦撹拌接合用工具１６とを有し、これら受治具１４と摩擦撹拌接合用工具１６とは、互いに対向している。
【００２０】
アーム部材１２の上端部には円筒体形状のケーシング１８が連結されており、図２に示すように、前記摩擦撹拌接合用工具１６は、該ケーシング１８内に挿入されてボールねじ２０（変位手段）を囲繞するカバー部材２２の下端面に、ジョイント２４を介して連結されている。なお、該摩擦撹拌接合用工具１６は、その回転中心とボールねじ２０の回転中心とが略一致する位置に配設される。
【００２１】
また、摩擦撹拌接合装置１０は、摩擦撹拌接合用工具１６を回転動作させる第１モータ２６（第１回転付勢手段）と、ボールねじ２０を回転動作させる第２モータ２８（第２回転付勢手段）とを有し、互いに離間した第１モータ２６と第２モータ２８は、その貫通孔３０、３２の中心位置同士が略一致するように、換言すれば、略同一軸線上に位置するように直列配置されている。第１モータ２６はケーシング１８内に収容されており、一方、第２モータ２８はケーシング１８の外部上方に設置されている。
【００２２】
アーム部材１２は、図１の右方に向かうにつれて縦方向寸法が徐々に小さくなる長尺部３４と、該長尺部３４から上方に立ち上がった立ち上がり部３６と、該立ち上がり部３６から図１の右方に屈曲して延在する支持部３８とを有し、これら長尺部３４、立ち上がり部３６、支持部３８とで略Ｃ字状の形状をなしている。このうちの支持部３８は、ケーシング１８の一端面に固定されている。
【００２３】
長尺部３４の上端面に設置された前記受治具１４は、互いに直径が異なる複数個の円柱体が、上方に向かうにつれて小径となるように構成されている。後述するように、最上方の円柱体の上端面に積層部が支持される。この受治具１４は、図示しないねじを介して長尺部３４に取り付けられており、従って、アーム部材１２に対して脱着可能である。
【００２４】
ケーシング１８の前記一端面において、支持部３８が連結された上方には、図示しない多関節ロボットのアーム４０の先端が連結されている。また、ケーシング１８を挟んでこれら支持部３８及びアーム４０に対向するように、図１及び図２の鉛直上方に指向して延在する連結支持フレーム４２が固定されている。該連結支持フレーム４２には、該連結支持フレーム４２の長手方向に沿って延在するリニアガイド４４が設置されている。
【００２５】
そして、このリニアガイド４４には、ケーシング１８の側周壁に設けられた被案内部４６が摺接自在に係合される。
【００２６】
図１及び図２に示すように、摩擦撹拌接合用工具１６は円柱体形状であり、カバー部材２２の下端部にジョイント２４を介して連結されている。すなわち、ジョイント２４の下端面には挿入穴（図示せず）が形成されており、この挿入穴に摩擦撹拌接合用工具１６が嵌合されている。その一方で、ジョイント２４の上端部は、この上端部の形状に対応する形状に開口したカバー部材２２の大径部４８の下端部に嵌合されている。
【００２７】
このカバー部材２２は、前記大径部４８の他、該大径部４８の上端面から突出形成された小径部５０を有し、該小径部５０は、ボールねじ２０を長手方向に沿って囲繞するように延在する。そして、このカバー部材２２の外周壁を囲繞するように、抜け止め部材５２、モータ支持部材５４、前記第１モータ２６、下キャップ部材５６、変位ユニット５８が下方から直列配置されており、抜け止め部材５２以外は、この抜け止め部材５２によってカバー部材２２から脱落することが阻止されている。
【００２８】
ディスク形状のモータ支持部材５４の上端部には環状段部が設けられており、第１モータ２６の外周壁の下端部は、該環状段部に載置されている。第１モータ２６は、中心部に貫通孔３０が設けられた中空モータであり、この貫通孔３０を囲繞するように配設された電磁石６０と、該電磁石６０に対向する位置に配設された電磁コイル６２とを有する。
【００２９】
第１モータ２６の上方には、前記下キャップ部材５６が嵌着される。これにより、第１モータ２６がモータ支持部材５４と下キャップ部材５６とで挟持された形態となっている。
【００３０】
変位ユニット５８は、断面略Ｈ字形状の有載置部円筒体６４と、拡径部６６が該有載置部円筒体６４に載置されたナット挟持部材６８を有する。ナット挟持部材６８には、拡径部６６から円筒部７０にかけて貫通孔７１が設けられており、この貫通孔７１にカバー部材２２の小径部５０が挿入されるとともに、上端近傍に、ボールねじ２０に螺合されたナット７２が収容されている。
【００３１】
ケーシング１８の上方開口には、蓋部材７４が嵌着されている。第２モータ２８は、この蓋部材７４の上方に載置固定部材７５を介して設置されている。
【００３２】
第２モータ２８は、高さ方向の寸法が若干小さいことを除き、第１モータ２６と同様に構成された中空モータである。すなわち、中心部に貫通孔３２が設けられるとともに、この貫通孔３２を囲繞するように電磁石７６が配設され、且つ電磁石７６に対向する位置に電磁コイル７８が配設される。
【００３３】
第２モータ２８の貫通孔３２には、軸止部材８０の大径支持部８２が挿入されるとともに、この大径支持部８２の下端部から中腹部にかけて設けられた挿入口に、前記ナット挟持部材６８の円筒部７０が挿入支持されている。
【００３４】
結局、本実施の形態では、中空モータである第１モータ２６及び第２モータ２８が直列配置され、且つ第２モータ２８の中心の貫通孔３２に軸止部材８０を介してボールねじ２０が挿入されるとともに、第１モータ２６の中心の貫通孔３０に挿入されたカバー部材２２に摩擦撹拌接合用工具１６が連結される。このため、第１モータ２６及び第２モータ２８の軸線と、ボールねじ２０及び摩擦撹拌接合用工具１６の回転中心とが略一致する。
【００３５】
軸止部材８０は、大径支持部８２の上端面から突出した小径軸止部８４を有し、ボールねじ２０の上端部は、該小径軸止部８４に設けられた貫通孔８６に回転自在に軸止されている。
【００３６】
そして、小径軸止部８４は、上キャップ部材８８とヘッドカバー９０によって支持され、ヘッドカバー９０から突出した部位は、保護カバー９２で覆われている。
【００３７】
以上の構成において、カバー部材２２とモータ支持部材５４、下キャップ部材５６、有載置部円筒体６４との間、軸止部材８０と蓋部材７４、上キャップ部材８８、ヘッドカバー９０との間には、それぞれ、ベアリング９４が介装されている。ベアリング９４としては、摩擦撹拌接合用工具１６にワークからの反力が作用した状態であってもカバー部材２２及び軸止部材８０を円滑に回転動作させるべく、アンギュラベアリングを用いることが好ましい。
【００３８】
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合装置１０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。
【００３９】
先ず、摩擦撹拌接合装置１０においては、上記したように、第１モータ２６及び第２モータ２８が直列配置され、これらの貫通孔３０、３２にボールねじ２０やカバー部材２２が挿入される。このため、摩擦撹拌接合装置１０が小型なものとなる。従って、摩擦撹拌接合装置１０の重量も小さくなり、このため、多関節ロボットに加わる負荷が低減する。
【００４０】
しかも、この場合、第１モータ２６及び第２モータ２８の軸線と、ボールねじ２０及び摩擦撹拌接合用工具１６の回転中心とが略一致しているので、第１モータ２６の回転作用力を摩擦撹拌接合用工具１６に伝達する部材としてプーリーやベルトを使用する必要がない。従って、装置構成が簡素化する。
【００４１】
摩擦撹拌接合を行うに際しては、図３に示すように、多関節ロボットは、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが積層された積層部Ｌまで摩擦撹拌接合装置１０を移動させ、該積層部Ｌを、受治具１４と摩擦撹拌接合用工具１６との間に配置させる。なお、第１ワークＷ１及び第２ワークＷ２としては、例えば、ＪＩＳ記号の数字が５０００番台であるいわゆる５０００系のアルミニウム合金からなる長尺平板が選定される。
【００４２】
次に、第１モータ２６が付勢される。すなわち、第２モータ２８と同様に電磁コイル６２に通電がなされることにより電磁コイル６２と電磁石６０との間に磁界が発生し、その結果、カバー部材２２が回転動作する。これに追従して、該カバー部材２２に連結されたジョイント２４、ひいては摩擦撹拌接合用工具１６が回転動作する。
【００４３】
本実施の形態においては、摩擦撹拌接合用工具１６と第１モータ２６との間にプーリーやベルトが存在しない。このため、摩擦撹拌接合用工具１６の第１モータ２６に対する応答速度が速くなるとともに、摩擦撹拌接合用工具１６の回転速度等を制御することが容易となる。
【００４４】
そして、第２モータ２８の電磁コイル７８に通電がなされ、これにより電磁コイル７８と電磁石７６との間に磁界が発生し、その結果、軸止部材８０とボールねじ２０が回転動作する。
【００４５】
上記したように、ボールねじ２０のねじ部にはナット７２が螺合されている。従って、ボールねじ２０が回転動作することに伴ってナット７２のねじ部が送り出され、このため、図４に示すように、ナット７２が下降動作する。
【００４６】
ナット７２が下降すると、これに追従して、該ナット７２を挟持した変位ユニット５８が下降する。結局、被案内部４６が係合したリニアガイド４４に案内されながら、ケーシング１８、ひいては、カバー部材２２の先端にジョイント２４を介して連結された摩擦撹拌接合用工具１６が下降し、図３に示すように、受治具１４上に載置された積層部Ｌに対して接近する。
【００４７】
最終的に、回転動作する摩擦撹拌接合用工具１６が、受治具１４に支持された積層部Ｌの上端面に摺接することにより、該積層部Ｌに摩擦熱が発生する。その結果、積層部Ｌの当接箇所及びその近傍が軟化し、摩擦撹拌接合用工具１６が積層部Ｌに埋没する。
【００４８】
軟化した積層部Ｌの肉は、摩擦撹拌接合用工具１６によって摩擦撹拌（塑性流動）される。所定時間が経過した後、第２モータ２８を、ボールねじ２０が上記とは逆方向に回転動作するように付勢する。これによりナット７２、ひいては変位ユニット５８が上昇動作することに追従して、摩擦撹拌接合用工具１６が積層部Ｌから離脱する。勿論、この際においても、ケーシング１８の被案内部４６がリニアガイド４４に案内される。
【００４９】
この離脱に伴って積層部Ｌの肉の塑性流動が停止し、さらに、該肉が冷却固化され、第１ワークＷ１と第２ワークＷ２とが一体的に固相接合されるに至る。
【００５０】
摩擦撹拌接合用工具１６が積層部Ｌから離脱した後は、第１モータ２６を滅勢して摩擦撹拌接合用工具１６の回転動作を停止すればよい。
【００５１】
なお、上記した実施の形態においては、２個のワークＷ１、Ｗ２を積層して摩擦撹拌接合する場合を例示して説明したが、積層されるワークの個数は２個に限定されるものではなく、３個以上のワークを積層するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本実施の形態に係る摩擦撹拌接合装置の一部縦断面全体側面図である。
【図２】図１の摩擦撹拌接合装置の要部拡大概略縦断面図である。
【図３】図１の摩擦撹拌接合装置が閉じて積層部が挟持された状態を示す一部縦断面全体側面図である。
【図４】図３の状態の摩擦撹拌接合装置の要部拡大概略縦断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０…摩擦撹拌接合装置              １２…アーム部材
１４…受治具                        １６…摩擦撹拌接合用工具
１８…ケーシング                    ２０…ボールねじ
２２…カバー部材                    ２４…ジョイント
２６、２８…モータ                  ４４…リニアガイド
４６…被案内部                      ５８…変位ユニット
６０、７６…電磁石                  ６２、７８…電磁コイル
６８…ナット挟持部材                ７２…ナット
８０…軸止部材                      Ｌ…積層部
Ｗ１、Ｗ２…ワーク
【図１】
2006315067.tif 000003
【図２】
2006315067.tif 000004
【図３】
2006315067.tif 000005
【図４】
2006315067.tif 000006