(57)【要約】【課題】  ワーク定盤へのワークの固定を容易にする。【解決手段】  摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置１４は、ワーク定盤４に載置するワーク１２の接合始端側端部１２ａを位置決めする始端側ワークストッパ１５と、ワーク１２の接合終端側端部１２ｂを位置決めするための終端側ワークストッパ１６、及び、ワーク１２の接合始端側端部１２ａ寄りの接合線１３に沿う部分を上方からワーク定盤４に押し付けて固定する始端側ワーククランプ機構１７と、ワーク１２の接合終端側端部１２ｂ寄りの接合線１３に沿う部分を、上方からワーク定盤４に押し付けて固定する終端側ワーククランプ機構１８とから構成する。ワーク定盤４に載置したワーク１２は、その接合始端側端部１２ａと接合終端側端部１２ｂを位置決めした状態で、接合始端側端部１２ａ寄りと接合終端側端部１２ｂ寄りの接合線１３に沿う部分のみを固定させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合対象となるワーク同士を突き合わせた状態で載置するためのワーク定盤と、
前記ワーク定盤の摩擦撹拌接合進行方向上流側端部で、各ワークの摩擦撹拌接合を開始する側の接合始端側端部を位置決めするための始端側ワークストッパと、
前記各ワークの接合始端側端部寄りのワーク間の接合線に沿う部分を、上方から前記ワーク定盤に押し付けて固定する始端側ワーククランプ機構と、
前記ワーク定盤の摩擦撹拌接合進行方向の下流側で、各ワークの摩擦撹拌接合を終了する側の接合終端側端部を位置決めするための終端側ワークストッパと、
前記各ワークの接合終端側端部寄りのワーク間の接合線に沿う部分を、上方から前記ワーク定盤に押し付けて固定する終端側ワーククランプ機構を備えてなる構成を有すること
を特徴とする摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置。
【請求項２】
終端側ワークストッパは、ワーク定盤に対して摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に位置変更可能に且つ取り外し可能に取り付ける構成とした請求項１記載の摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置。
【請求項３】
終端側ワークストッパは、ワークの接合終端側端部に押し当てるためのワーク押し当て部材を、摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に位置変更可能に備える構成とした請求項２記載の摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置。
【請求項４】
始端側ワーククランプ機構は、ワーク定盤に載置したワークの接合始端側端部寄りのワーク間の接合線に沿う部分の上方位置に配置された状態と、該ワークの上方より退避した状態とを切り替えることができるようにした請求項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用ワーク固定装置。
【請求項５】
終端側ワーククランプ機構は、ワーク定盤に載置したワークの接合終端側端部寄りのワーク間の接合線に沿う部分の上方位置に配置された状態と、該ワークの上方より退避した状態とを切り替えることができるようにした請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置。
【請求項６】
終端側ワーククランプ機構は、ワーク定盤に対して摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に移動可能な構成とした請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦撹拌接合装置のワーク定盤に載置するワークの位置を固定するために用いる摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
摩擦撹拌接合は、摩擦撹拌接合用ツールのプローブ（ピンとも称する）を、回転させた状態でワーク同士が突き合わされた接合部に押し付けて、該回転するプローブをワーク内に没入させると共に接合線の全長に亘り移動させる手法である。これにより、前記摩擦撹拌接合では、前記ワークの接合部に回転するプローブとの接触による摩擦熱を発生させて、該接合部周辺を軟化させると共に、この軟化した接合部周辺を前記プローブの回転に伴って塑性流動により撹拌混合することで、前記ワーク同士が一体に接合する（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
この摩擦撹拌接合は、たとえば、薄板のアルミ材によるワークの接合を中心に実際に適用されてきている。
【０００４】
摩擦撹拌接合の施工時は、前記ワークには、前記摩擦撹拌接合用ツールのプローブの移動に伴って、接合線に沿って摩擦撹拌接合が進行する方向（以下、摩擦撹拌接合進行方向と云う）に向いた大きな押圧力が作用する。更に、前記ワークには、前記摩擦撹拌接合用ツールのプローブが通過する部分に、接合部を引き離そうとする力、及び、該プローブの回転方向に回転させようとする力も作用する。
【０００５】
そのため、摩擦撹拌接合装置では、ワークが前記のような力を受けても位置ずれを生じないように、ワーク定盤上でワークを固定する必要がある。
【０００６】
摩擦撹拌接合装置用のワーク固定手段としては、ワークにおける摩擦撹拌接合の始端側となる端部と、摩擦撹拌接合の終端側となる端部を、ワーク定盤の上面に設けた固定ブロックに突き当てて固定することが知られている。
【０００７】
又、ワークの摩擦撹拌接合進行方向に直交する方向（以下、幅方向と云う）の寸法がワーク定盤の幅方向寸法よりも小さい場合は、前記ワークの幅方向の両外側も固定ブロックでワーク定盤に固定するようにしている。
【０００８】
一方、ワークの幅方向寸法がワーク定盤の幅方向寸法よりも大きい場合のワーク固定手段としては、ワークをワーク定盤の端部にクランプ装置で固定する手法や、ワーク定盤の幅方向の両外側に設けた別の支持台上に、ワークの幅方向端部を固定ブロックと幅調整可能なクランプ装置で固定する手法が採られている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００９】
更に、摩擦撹拌接合進行方向に長尺のワークを接合する場合は、ワークの座屈による浮き上がりやずれを防止するために、ワークの接合線近傍位置に、数百キログラムものウェイトを載せることも行われる。
【００１０】
そのため従来は、幅寸法が広く、摩擦撹拌接合進行方向の寸法が大きい大型のワークを接合対象とする場合には、該ワークをワーク定盤に固定するための摩擦撹拌接合施工前の段取りに多くの手間が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】国際公開第１２／０６０４３９号パンフレット
【特許文献２】特開２００１−２０５４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、大型のワークであってもワーク定盤に容易に固定することができる摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記課題を解決するために、請求項１に対応して、接合対象となるワーク同士を突き合わせた状態で載置するためのワーク定盤と、前記ワーク定盤の摩擦撹拌接合進行方向上流側端部で、各ワークの摩擦撹拌接合を開始する側の接合始端側端部を位置決めするための始端側ワークストッパと、前記各ワークの接合始端側端部寄りのワーク間の接合線に沿う部分を、上方から前記ワーク定盤に押し付けて固定する始端側ワーククランプ機構と、前記ワーク定盤の摩擦撹拌接合進行方向の下流側で、各ワークの摩擦撹拌接合を終了する側の接合終端側端部を位置決めするための終端側ワークストッパと、前記各ワークの接合終端側端部寄りのワーク間の接合線に沿う部分を、上方から前記ワーク定盤に押し付けて固定する終端側ワーククランプ機構を備えてなる構成を有する摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置とする。
【００１４】
又、請求項２に対応して、前記請求項１に対応する構成において、終端側ワークストッパは、ワーク定盤に対して摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に位置変更可能に且つ取り外し可能に取り付ける構成とする。
【００１５】
更に、請求項３に対応して、前記請求項１又は２に対応する構成において、終端側ワークストッパは、ワークの接合終端側端部に押し当てるためのワーク押し当て部材を、摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に位置変更可能に備える構成とする。
【００１６】
又、請求項４に対応して、前記請求項１から請求項３のいずれか一項に対応する構成において、始端側ワーククランプ機構は、ワーク定盤に載置したワークの接合始端側端部寄りのワーク間の接合線に沿う部分の上方位置に配置された状態と、該ワークの上方より退避した状態とを切り替えることができるようにした構成とする。
【００１７】
更に、請求項５に対応して、前記請求項１から請求項４のいずれか一項に対応する構成において、終端側ワーククランプ機構は、ワーク定盤に載置したワークの接合終端側端部寄りのワーク間の接合線に沿う部分の上方位置に配置された状態と、該ワークの上方より退避した状態とを切り替えることができるようにした構成とする。
【００１８】
更に又、請求項６に対応して、前記請求項１から請求項５のいずれか一項に対応する構成において、終端側ワーククランプ機構は、ワーク定盤に対して摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に移動可能な構成とした構成とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、以下のような優れた効果を発揮する。
【００２０】
ワーク定盤に載置するワークは、ワーク定盤の上側で、接合始端側端部と接合終端側端部を、それぞれ始端側ワークストッパと終端側ワークストッパにより位置決めし、その状態で、接合始端側端部寄りの接合線に沿う部分と、接合終端側端部寄りの接合線に沿う部分のみを、始端側ワーククランプ機構と終端側ワーククランプ機構により固定すればよい。したがって、前記始端側ワーククランプ機構と終端側ワーククランプ機構との間を固定するための別のワーク固定手段や、ワークを幅方向の外側から固定するための固定手段が不要なため、大型のワークであっても、ワーク定盤に容易に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置の実施の一形態を示す概略平面図である。
【図２】図１の本発明のワーク固定装置を適用する摩擦撹拌接合装置を摩擦撹拌接合進行方向の下流側より見た拡大図である。
【図３】図１の本発明のワーク固定装置における始端側ワークストッパ及び始端側ワーククランプ機構を拡大して示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】図１の本発明のワーク固定装置における終端側ワークストッパを拡大して示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は切断側面図である。
【図５】図１の本発明のワーク固定装置における終端側ワーククランプ機構を拡大して示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図６】摩擦撹拌接合装置の一方のワーク定盤にワークを載置する際に用いるワーク位置決め治具の概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明を実施するための形態を図面を参照して説明する。
【００２３】
図１乃至図６は本発明の摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置の実施の一形態を示すものである。
【００２４】
本発明の摩擦撹拌接合装置用ワーク固定装置（以下、本発明のワーク固定装置と略称する）は、たとえば、図１及び図２に示す如き摩擦撹拌接合装置１に適用される。
【００２５】
本発明のワーク固定装置を適用する前記摩擦撹拌接合装置１は、特許文献１に示された摩擦撹拌接合装置と同様に、２つのワーク１２を接合する接合線１３の長さよりも長い架構２と、前記架構２の上側に、前記ワーク１２間の接合線１３に沿って延びる隙間３を形成するように設置された一対のワーク定盤４と、前記隙間３の下方に位置し、前記隙間３から上方に突出する摩擦撹拌接合用ツール６、前記摩擦撹拌接合用ツール６を上端部に取り付ける主軸７、及び、前記主軸７を回転駆動する図示しない回転駆動装置を備える接合装置本体５と、前記接合装置本体５を前記隙間３に沿って移動自在に支持するリニアガイド機構８と、前記接合装置本体５を前記隙間３に沿って移動させる移動装置９とから構成されている。
【００２６】
なお、前記移動装置９は、前記架構２の内底部に前記隙間３と平行に設置したラック（ピンラック）１０と、接合装置本体５に回転駆動可能に設けたピニオン（ピンギア）１１とからなるラック・アンド・ピニオン形式としてある。
【００２７】
前記摩擦撹拌接合装置１では、前記ワーク１２間の接合線１３の一端側から他端側へ前記接合装置本体５と一体に摩擦撹拌接合用ツール６を移動させる図１における矢印ｘ方向が、摩擦撹拌接合進行方向となる。これに伴い、前記ワーク１２については、摩擦撹拌接合進行方向の上流側の端部を、接合始端側端部１２ａと云い、摩擦撹拌接合進行方向の下流側の端部を、接合終端側端部１２ｂと云うものとする。
【００２８】
以上の構成としてある摩擦撹拌接合装置１に適用する本発明のワーク固定装置１４は、前記ワーク定盤４に備えた始端側ワークストッパ１５と、終端側ワークストッパ１６と、始端側ワーククランプ機構１７と、終端側ワーククランプ機構１８とから構成される。
【００２９】
前記始端側ワークストッパ１５は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、前記ワーク１２の接合始端側端部１２ａを位置決めするもので、ワーク定盤４の幅方向に或る寸法延びるような直方体形状としてあり、前記一対のワーク定盤４の上面の摩擦撹拌接合進行方向の上流側端部に、前記隙間３を挟んで接合線１３と直交する方向に対称的に配設されている。これにより、前記一対のワーク定盤４に載置する一対のワーク１２のそれぞれの接合始端側端部１２ａを、対応するワーク定盤４に設けた始端側ワークストッパ１５に当てて配置することで、該接合始端側端部１２ａは、位置決めされる。
【００３０】
前記終端側ワークストッパ１６は、前記一対のワーク定盤４の上面に取り付けて、該各ワーク定盤４に載置する各ワーク１２の接合終端側端部１２ｂの位置決めに使用するためのものであり、ワーク１２の摩擦撹拌接合進行方向に沿う方向に移動できて、ワーク１２の接合線１３に沿う寸法が種々異なっていても、それぞれのワーク１２の接合終端側端部１２ｂが当てられるように配置できるようにしてある。
【００３１】
そのために、前記各ワーク定盤４の表面における前記隙間３に沿う領域には、図４（ａ）（ｂ）に示すように、予め、摩擦撹拌接合進行方向に沿って或る寸法で等ピッチ、たとえば、１００ｍｍピッチの配列で複数のタップ穴（ねじ穴）１９が設けてある。図４（ａ）では、摩擦撹拌接合進行方向に前記等ピッチで配列されたタップ穴１９は、ワーク定盤４の幅方向に２列設けた構成が示されている。
【００３２】
一方、前記終端側ワークストッパ１６は、前記ワーク定盤４の隙間３に沿うタップ穴１９の配列ピッチに対応させて上下方向に貫通する複数のボルト挿通孔２１を設けたブロック部材２０と、ワーク押し当て部材２３と、該ワーク押し当て部材２３を前記ブロック部材２０から摩擦撹拌接合進行方向上流側へ突出させて該突出量を調整するための位置調整手段２４とを備えている。前記ブロック部材２０は、前記ボルト挿通孔２１を前記ワーク定盤４の任意のタップ穴１９に対応させてボルト２２を取り付けることにより、該ブロック部材２０のワーク定盤４に対する取り付け位置を、摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に任意に変更できるようにしてある。
【００３３】
前記ワーク押し当て部材２３は、ワーク定盤４の幅方向に或る寸法延びる直方体形状としてあって、前記ブロック部材２０の摩擦撹拌接合進行方向上流側に配置されている。
【００３４】
前記ワーク押し当て部材２３の長手方向複数個所における摩擦撹拌接合進行方向下流側の面には、摩擦撹拌接合進行方向と平行に延びるガイド棒２５の長手方向一端部がそれぞれ取り付けてある。一方、前記ブロック部材２０には、摩擦撹拌接合進行方向と直交する幅方向の複数個所に、摩擦撹拌接合進行方向に沿って貫通するガイド孔２６が穿設してあり、該各ガイド孔２６に、対応する前記ガイド棒２５がスライド自在に挿通され、前記ワーク押し当て部材２３が、前記ブロック部材２０に対して、ガイド棒２５とガイド孔２６を介して相対変位できるようになっている。前記各ガイド棒２５の長手方向他端部には、前記ガイド孔２６の径よりも大きな外径寸法を有する抜け止め用のストッパ２７が取り付けてある。これにより、前記ワーク押し当て部材２３は、前記ブロック部材２０に、前記ガイド棒２５とガイド孔２６を介して摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に移動可能に保持されている。
【００３５】
前記位置調整手段２４は、前記ワーク押し当て部材２３の位置を調整するために、たとえば、前記ブロック部材２０の前記各ガイド孔２６の間となる位置に、摩擦撹拌接合進行方向に沿う方向のタップ穴２８を設け、該タップ穴２８に、予め軸部に緩み止めナット３０を螺合させた状態のボルト２９を、摩擦撹拌接合進行方向上流側より螺着させた構成としてあり、該ボルト２９の頭部にワーク押し当て部材２３が当接されるようにしてある。
【００３６】
これにより、前記構成の位置調整手段２４では、前記ボルト２９を前記ブロック部材２０のタップ穴２８に対して最も深くねじ込んだ状態とすると共に、前記ワーク押し当て部材２３を該ボルト２９の頭部に接触させる配置とすることで、該ワーク押し当て部材２３をブロック部材２０に最も近接させて配置できる。一方、この状態からボルト２９を緩める方向に回転操作すると、該ボルト２９は、タップ穴２８より次第に突出するため、該ボルト２９の頭部により、前記ワーク押し当て部材２３が摩擦撹拌接合進行方向の上流側へ押されて変位する。したがって、前記ワーク押し当て部材２３は、前記ブロック部材２０からの突出量が無段階で調整される。前記ワーク押し当て部材２３のブロック部材２０からの突出量を調整した後は、前記ボルト２９に螺合させてある緩み止めナット３０を、ブロック部材２０に当接させた状態で前記ボルト２９に対して締め込むことで、ボルト２９が固定されるため、前記ワーク押し当て部材２３がブロック部材２０に接近する方向へ変位することが防止される。
【００３７】
なお、前記位置調整手段２４によるワーク押し当て部材２３のブロック部材２０からの突出量の調整範囲は、前述したワーク定盤４に対するブロック部材２０の取り付け位置の変更単位である前記タップ穴１９の配列ピッチ以上の寸法に設定する。たとえば、前記ワーク定盤４におけるタップ穴１９の配列ピッチが１００ｍｍの場合は、前記位置調整手段２４による前記突出量の調整範囲は１０５ｍｍ程度に設定する。
【００３８】
これにより、前記終端側ワークストッパ１６は、前記ワーク定盤４に載置するワーク１２の接合終端側端部１２ｂの位置がどこにあっても、前記ワーク定盤４に対するブロック部材２０の取り付け位置の選定と、前記位置調整手段２４による前記ワーク押し当て部材２３のブロック部材２０からの突出量の調整により、該ワーク押し当て部材２３を、前記ワーク１２の接合終端側端部１２ｂの端面に確実に押し当てて配置することができる。この状態で、前記ワーク１２の接合終端側端部１２ｂは、前記終端側ワークストッパ１６により位置決めされる。
【００３９】
したがって、前記ワーク定盤４に載置されたワーク１２の接合始端側端部１２ａと接合終端側端部１２ｂは、前記始端側ワークストッパ１５と終端側ワークストッパ１６により、位置が固定される構成となっている。
【００４０】
次に、前記始端側ワーククランプ機構１７は、前記各ワーク１２の接合始端側端部１２ａ寄りの領域で且つ接合線１３に沿う部分を、上方から前記各ワーク定盤４に押し付けて固定するためのもので、以下のような構成としてある。
【００４１】
すなわち、前記始端側ワーククランプ機構１７は、図３（ａ）（ｂ）に示すように、各ワーク定盤４の上面における前記各始端側ワークストッパ１５よりも摩擦撹拌接合進行方向の上流側となる位置に、上下方向に延びる旋回軸３１を備える。この旋回軸３１の下端部は、ワーク定盤４の上面に設けた軸受部材３４に回転自在に支持されている。前記旋回軸３１の上端部は、ワーク定盤４に支柱部材３２を介して設けた架台３３の下面側の軸受部材３５に回転自在に支持されている。なお、前記旋回軸３１の下端部を支承する軸受部材３４は、該旋回軸３１の下端部よりスラスト荷重を受けるため、クロスローラベアリングを用いることが好ましい。
【００４２】
前記旋回軸３１の外側には、水平方向に或る寸法突出するアーム部材３６が、該旋回軸３１と一体に旋回するように取り付けられている。
【００４３】
前記架台３３の上側には、モータ３７に接続されたギアボックス３８が設置され、前記架台３３を貫通して下向きに延びる該ギアボックス３８の出力軸３８ａが、前記旋回軸３１に連結されている。これにより、前記旋回軸３１に取り付けられたアーム部材３６は、前記モータ３７の運転による前記旋回軸３１の旋回方向と旋回角度を適宜制御することで、図３（ａ）に実線で示すように、対応するワーク定盤４の前記隙間３側の端縁部（内側端縁部）の上方に沿って配置される使用姿勢と、図３（ａ）に二点鎖線で示すように、前記使用姿勢より９０度以上の旋回角度でワーク定盤４の幅方向の外側に向いた配置の退避姿勢とを切り替えることができるようにしてある。
【００４４】
前記アーム部材３６には、前記使用姿勢に配置した状態で前記始端側ワークストッパ１５よりも摩擦撹拌接合進行方向の下流側へ突出する部分に、該アーム部材３６の長手方向に或る間隔で複数の油圧シリンダ３９が下向きに取り付けられている。図３（ａ）（ｂ）では、前記アーム部材３６に５基の油圧シリンダ３９を装備した構成が示してある。
【００４５】
以上の構成としてある始端側ワーククランプ機構１７は、前記一対のワーク定盤４にそれぞれワーク１２が配置されて、該各ワーク１２の接合始端側端部１２ａが位置決めされた状態で、前記アーム部材３６を前記使用姿勢に配置し、その後、前記各油圧シリンダ３９を伸長作動させる。これにより、前記始端側ワーククランプ機構１７は、各油圧シリンダ３９の作動ロッド３９ａの先端部が、前記ワーク１２の接合始端側端部１２ａ寄りで且つ前記隙間３の近傍となる部分、すなわち、前記ワーク１２間の接合線１３に沿う部分を上方より押し付けるため、該部分を各油圧シリンダ３９の作動ロッド３９ａとワーク定盤４との間に挟んで位置固定できるようにしてある。
【００４６】
前記終端側ワーククランプ機構１８は、前記各ワーク１２の接合終端側端部１２ｂ寄りの領域で且つ接合線１３に沿う部分を、上方から前記各ワーク定盤４に押し付けて固定するためのもので、以下のような構成としてある。
【００４７】
すなわち、前記終端側ワーククランプ機構１８は、図２及び図５（ａ）（ｂ）に示すように、前記一対のワーク定盤４を跨ぐように摩擦撹拌接合進行方向と直交する水平方向に延びる水平部４２と、該水平部４２の両端となる前記一対のワーク定盤４の両外側で該水平部４２の両端部に連結した鉛直部４１とからなる門型の支持フレーム４０を備える。
【００４８】
前記各ワーク定盤４の両外側の端縁部の下面には、摩擦撹拌接合進行方向に沿って延びるガイドレール４３がそれぞれ設置してある。前記各ガイドレール４３には、摩擦撹拌接合進行方向に後述する或る間隔を隔てて配置した２個のガイドブロック４４を介して、スライダ４５が長手方向にスライド可能に取り付けてある。
【００４９】
前記支持フレーム４０は、各鉛直部４１の下端部が、前記各スライダ４５に取り付けられている。
【００５０】
更に、一方のワーク定盤４の外側（接合線１３側とは反対側）の端面には、摩擦撹拌接合進行方向に沿って延びるラック４６が取り付けてある。又、該ラック４６に対応する側の一方のスライダ４５には、モータ４７に接続されたギアボックス４８が取り付けてあり、該ギアボックス４８の上向きに突出する出力軸４８ａに、前記ラック４６に噛合させるピニオン４９が取り付けてある。前記モータ４７には図示しないコントローラが接続されているものとする。これにより、図示しない作業者が前記コントローラを操作して前記モータ４７の運転を適宜制御することにより、前記支持フレーム４０を、前記ラック４６とピニオン４９による駆動機構を介して摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に移動させることができるようにしてある。
【００５１】
前記支持フレーム４０の長手方向中央部における摩擦撹拌接合進行方向上流側の面には、前記隙間３の上方で水平方向に或る寸法突出する支持台５０が取り付けてあり、該支持台５０には、前記各ワーク定盤４における前記隙間３の端縁部の上方となる個所に、摩擦撹拌接合進行方向に或る間隔で複数の油圧シリンダ５１が下向きに取り付けられている。図５（ａ）（ｂ）では、前記支持台５０に３基の油圧シリンダ５１を２列装備した構成が示してある。
【００５２】
なお、前記スライダ４５に取り付けてある２個のガイドブロック４４の間隔は、該２個のガイドブロック４４の間に前記支持フレーム４０と支持台５０が収まるように配置してあるものとする。これは、後述するように、前記各油圧シリンダ５１の伸長作動によりワーク１２を固定するときに、その反力により前記支持台５０及び支持フレーム４０に生じるモーメントを効率よく受けるためである。
【００５３】
以上の構成としてある終端側ワーククランプ機構１８は、前記ワーク定盤４にワーク１２が配置された状態で、前記支持フレーム４０を移動させて前記支持台５０を各ワーク１２の接合終端側端部１２ｂ寄り部分の上方に配置し、その後、前記各油圧シリンダ５１を伸長作動させる。これにより、前記終端側ワーククランプ機構１８は、各油圧シリンダ５１の作動ロッド５１ａの先端部が、前記ワーク１２における接合終端側端部１２ｂ寄りで且つ前記隙間３の近傍となる部分、すなわち、前記ワーク１２間の接合線１３に沿う部分を上方より押し付けるため、該部分を各油圧シリンダ５１の作動ロッド５１ａとワーク定盤４との間に挟んで位置固定できるようにしてある。
【００５４】
図６は、一方のワーク定盤４に一方のワーク１２を載置するときに、該一方のワーク１２の接合側の端部を、ワーク定盤４の間の隙間３の幅方向中央に正確に配置するために用いるワーク位置合わせ治具５２を示すものである。
【００５５】
このワーク位置合わせ治具５２は、水平方向に或る寸法延びる直方体状の外形を有する水平部５３の一端側に、下向きに屈曲する鉛直部５４を設け、且つ該鉛直部５４の前記水平部５３の長手方向に沿う水平方向の寸法を、前記隙間３の幅寸法ｄの二分の一に設定した構成としてある。
【００５６】
前記一方のワーク定盤４に一方のワーク１２を載置するときには、予め、摩擦撹拌接合進行方向の複数個所に、前記ワーク位置合わせ治具５２を配置して、水平部５３を他方のワーク定盤４に載せると共に、鉛直部５４を前記隙間３に挿入させた状態としておく。この状態で、前記一方のワーク１２は、接合側の端部を、前記各ワーク位置合わせ治具５２の鉛直部５４の端面に突き当てるようにすると、該端部が、他方のワーク定盤４より前記鉛直部５４の水平方向寸法分の距離、すなわち前記隙間３の幅寸法の二分の一離れた位置に配置される。したがって、前記一方のワーク１２は、前記各ワーク位置合わせ治具５２の鉛直部５４に突き当てた状態を維持しながら前記一方のワーク定盤４に固定することにより、その接合対象となる端部が、前記隙間３の幅方向中央に正確に配置される。前記のようにして一方のワーク１２の一方のワーク定盤４への固定が終了した後は、前記各ワーク位置合わせ治具５２を取り外し、その後、他方のワーク定盤４に載置する他方のワーク１２は、接合側の端部を前記一方のワーク１２に突き当てた配置としてワーク定盤４に固定すればよい。
【００５７】
前記構成としてある本発明のワーク固定装置１４を用いて摩擦撹拌接合装置１のワーク定盤４に接合対象となるワーク１２の固定を行う場合は、予め、各始端側ワーククランプ機構１７のアーム部材３６を退避姿勢に配置させる。終端側ワークストッパ１６は、ワーク定盤４より取り外しておく。終端側ワーククランプ機構１８は、支持フレーム４０を、図１に二点鎖線で示すように、ワーク定盤４の摩擦撹拌接合進行方向下流側の端部まで移動させて、ワーク定盤４に載置するワーク１２の上方より退避させておく。更に、前記摩擦撹拌接合装置１では、接合装置本体５を、図１に示すように、摩擦撹拌接合進行方向上流側の端部に配置させて、摩擦撹拌接合用ツール６も前記各ワーク定盤４に載置する各ワーク１２に干渉しないように退避させておく。
【００５８】
この状態で、先ず、一方のワーク定盤４に、一方のワーク１２を搬入して載置する。この際、前記一方のワーク１２は、前記したようにワーク位置合わせ治具５２を用いて接合側の端部を前記隙間３の幅方向中央に配置すると共に、接合始端側端部１２ａを前記始端側ワークストッパ１５に突き当てて配置する。
【００５９】
次に、前記一方のワーク定盤４では、前記一方のワーク１２の接合終端側端部１２ｂよりも摩擦撹拌接合進行方向下流側に位置しているタップ穴１９に、前記終端側ワークストッパ１６のブロック部材２０を、ボルト２２を用いて固定する。
【００６０】
次いで、前記終端側ワークストッパ１６では、位置調整手段２４により、ワーク押し当て部材２３をブロック部材２０を基準として摩擦撹拌接合進行方向上流側へ徐々に突出させて、前記一方のワーク１２の接合終端側端部１２ｂに押し当てる。これにより、前記一方のワーク定盤４に載置した一方のワーク１２は、摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向への変位が阻止されて、該方向の位置が固定される。
【００６１】
なお、ワーク１２間の接合線１３に沿った摩擦撹拌接合の施工終了時は、各ワーク１２の接合終端側端部１２ｂにおける摩擦撹拌接合用ツール６のプローブを抜く個所に、該プローブに対応する形状の凹みが残ることがある。そのため、前記各ワーク１２は、接合終端側端部１２ｂに、予め、接合部を摩擦撹拌接合進行方向下流側に延長する図示しないタブ板（捨て板）を設けた構成としてもよい。前記タブ板を備えた各ワーク１２では、摩擦撹拌接合用ツール６のプローブを抜くときの凹みは前記タブ板に形成されるので、摩擦撹拌接合の施工終了後に前記タブ板を切除することで、前記凹みの残存しないワーク１２の接合物を得ることが可能となる。この種の接合終端側端部１２ｂにタブ板を備えた形式のワーク１２を接合対象として用いる場合は、前記終端側ワークストッパ１６を前記タブ板に押し当てるようにすればよい。
【００６２】
前記のようにして一方のワーク定盤４における前記一方のワーク１２の位置決めが行われた後は、対応する一方の始端側ワーククランプ機構１７のアーム部材３６を退避姿勢から使用姿勢まで旋回させてから、該アーム部材３６に装備した各油圧シリンダ３９を伸長作動させる。これにより、前記一方のワーク１２は、その接合始端側端部１２ａ寄りで且つ前記隙間３の近傍となる部分が、前記一方の始端側ワーククランプ機構１７の各シリンダ３９の作動ロッド３９ａと、前記一方のワーク定盤４との間に挟まれて固定される。
【００６３】
その後は、他方のワーク定盤４に、他方のワーク１２を搬入して載置する。この際、前記他方のワーク１２は、接合側の端部を、前記一方のワーク定盤４にて既に位置決めが行われた前記一方のワーク１２の接合側の端部に突き当てることで、前記隙間３の幅方向中央に配置する。又、前記他方のワーク１２の接合始端側端部１２ａは、他方のワーク定盤４の始端側ワークストッパ１５に突き当てて配置する。
【００６４】
次いで、前記他方のワーク定盤４では、前記他方のワーク１２に対し、前記一方のワーク１２の場合と同様の手順により、終端側ワークストッパ１６を用いて摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に関する位置決めを行った後、対応する他方の始端側ワーククランプ機構１７による接合始端側端部１２ａ寄りで且つ前記隙間３の近傍となる部分の固定を行う。
【００６５】
前記各ワーク定盤４にて前記各始端側ワーククランプ機構１７による各ワーク１２の接合始端側端部１２ａの固定が行われた後は、前記終端側ワーククランプ機構１８の支持フレーム４０を、摩擦撹拌接合進行方向上流側へ移動させて、支持台５０に設けてある各油圧シリンダ５１が前記各ワーク１２の接合終端側端部１２ｂ寄りで且つ前記隙間３の近傍となる部分の上方に配置される位置で停止させる。
【００６６】
この状態で、前記終端側ワーククランプ機構１８では、前記各油圧シリンダ５１を伸長作動させる。これにより、前記各ワーク１２は、その接合終端側端部１２ｂ寄りで且つ前記隙間３の近傍となる部分が、前記終端側ワーククランプ機構１８の各油圧シリンダ５１の作動ロッド５１ａと、対応するワーク定盤４との間に挟まれて固定される。
【００６７】
前記のようにして本発明のワーク固定装置１４により各ワーク定盤４に載置した各ワーク１２の固定を行った後は、前記摩擦撹拌接合装置１にて、図示しない回転駆動装置による主軸７と一体の摩擦撹拌接合用ツール６の回転駆動を開始すると共に、移動装置９による接合装置本体５の摩擦撹拌接合進行方向下流側への移動を開始させて、前記各ワーク１２間の接合線１３に沿う摩擦撹拌接合の施工を実施する。
【００６８】
摩擦撹拌接合の施工の際、前記各ワーク１２の接合始端側端部１２ａの接合部に摩擦撹拌接合用ツール６のプローブを没入させるときには、一般的には、未接合の前記２つのワーク１２がばらばらな挙動を示すために、該各ワーク１２の受ける摩擦撹拌接合用ツール６の進行方向の反力の変動が激しくなり易い。
【００６９】
これに対し、本発明のワーク固定装置１４では、前記各ワーク１２の接合始端側端部１２ａ寄りの前記隙間３の近傍となる接合線１３に沿う部分が、前記各始端側ワーククランプ機構１７により強固に固定されているため、前記摩擦撹拌接合用ツール６のプローブを没入させるときにも、該各ワーク１２の接合始端側端部１２ａ同士の上下方向や、互いに離反する方向の相対変位が防止される。更に、該各ワーク１２については、前記摩擦撹拌接合用ツール６の回転に沿う方向の変位も防止される。
【００７０】
以上により、本発明のワーク固定装置１４を使用した場合は、摩擦撹拌接合の施工の際に、前記各ワーク１２の接合始端側端部１２ａ同士の摩擦撹拌接合の品質を良好なものとすることができる。
【００７１】
一方、摩擦撹拌接合の施工の際、前記各ワーク１２の接合終端側端部１２ｂから摩擦撹拌接合用ツール６のプローブが抜け出すときには、該プローブの周囲からワーク１２が無くなることに伴って、摩擦撹拌接合が十分に成立せずに切削に似た現象が生じるため、一般的には、振動が生じ易い。
【００７２】
これに対し、本発明のワーク固定装置１４では、前記各ワーク１２の接合終端側端部１２ｂ寄りの前記隙間３の近傍となる接合線１３に沿う部分が、前記終端側ワーククランプ機構１８により強固に固定されているため、前記摩擦撹拌接合用ツール６のプローブが抜け出すときにも、該各ワーク１２の接合終端側端部１２ｂの振動は抑制される。
【００７３】
以上により、本発明のワーク固定装置１４を使用した場合は、摩擦撹拌接合の施工の際に、前記各ワーク１２の接合終端側端部１２ｂ同士の摩擦撹拌接合の品質を良好なものとすることができる。
【００７４】
なお、本発明者等は、本発明のワーク固定装置１４の開発の過程で、摩擦撹拌接合に関して以下の知見を得ている。
【００７５】
摩擦撹拌接合の施工時に各ワーク１２に作用する力としては、摩擦撹拌接合用ツール６が進行する方向の反力が最も大きい。このため、前記各ワーク１２は、ワーク定盤４に対する接合始端側端部１２ａ及び接合終端側端部１２ｂの摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に関する固定が強固であれば、摩擦撹拌接合進行方向の中間部に対する幅方向両側からの固定は重要ではない。
【００７６】
更に、接合対象の各ワーク１２では、前記摩擦撹拌接合用ツール６が摩擦撹拌接合進行方向へ進行して接合始端側端部１２ａから或る一定の距離離れると、ワーク１２同士のそれまでに接合された接合済みの部分が、その摩擦撹拌接合進行方向下流側近傍に位置する未接合部分の変位を拘束する強度部材として機能するようになる。このため、それ以降、前記摩擦撹拌接合用ツール６が進行する個所では、前述したように接合済みの部分が順次強度部材として機能することで、各ワーク１２同士が互いに離反する方向の相対変位や、各ワーク１２の上下方向の座屈、及び、各ワーク１２の摩擦撹拌接合用ツール６の回転方向に沿う方向の回転変位が防止される。
【００７７】
これらの知見に基づき、本発明のワーク固定装置１４は、前記始端側ワーククランプ機構１７により各ワーク１２の接合始端側端部１２ａ寄りの固定を行う範囲を、前記或る一定の距離に対応させて設定してあるものとする。
【００７８】
これにより、本発明のワーク固定装置１４では、前記各ワーク１２における前記始端側ワーククランプ機構１７から終端側ワーククランプ機構１８までの間に位置する中間部分については、該中間部分を固定するための手段を別途必要とすることなく、該中間部分同士の摩擦撹拌接合の品質も良好なものとなる。
【００７９】
したがって、本発明のワーク固定装置１４によれば、前記各ワーク１２は、該各ワーク１２間の接合線１３の全長に亘って、該各ワーク１２同士のずれや座屈のない良好な品質の摩擦撹拌接合が行われる。
【００８０】
前記ワーク１２同士の接合線１３の全長に亘る摩擦撹拌接合が終了した後は、前記各始端側ワーククランプ機構１７と終端側ワーククランプ機構１８にて、各油圧シリンダ３９と５１を収縮作動させる。次いで、前記各始端側ワーククランプ機構１７では、各アーム部材３６を退避姿勢まで旋回させ、前記終端側ワーククランプ機構１８では、支持フレーム４０を前記ワーク定盤４の摩擦撹拌接合進行方向下流側端部まで退避させる。
【００８１】
その後、前記各ワーク定盤４では、各終端側ワークストッパ１６によるワーク１２の接合終端側端部１２ｂの固定を解除してから該各終端側ワークストッパ１６を取り外し、しかる後、前記接合されたワーク１２をワーク定盤４より搬出する。
【００８２】
このように、本発明のワーク固定装置１４は、前記始端側ワーククランプ機構１７と終端側ワーククランプ機構１８との間に別のワーク固定手段を備える必要がなく、又、各ワーク１２を幅方向の両側から固定するための固定手段も不要なために、ワーク定盤４よりも幅寸法が大きいワーク１２や、摩擦撹拌接合進行方向に長尺のワーク１２の接合に対応可能とする場合であっても、ワーク１２の固定に用いる機器の数が増加することを防止できる。
【００８３】
よって、本発明のワーク固定装置１４は、大型のワーク１２であってもワーク定盤４に容易に固定することができる。
【００８４】
更に、前記始端側ワーククランプ機構１７と終端側ワーククランプ機構１８は可動式として、各ワーク定盤４に対するワーク１２の搬入時や搬出時には、退避可能としてあるので、各ワーク定盤４に対してワーク１２を搬入、搬出する作業を更に容易なものとすることができる。
【００８５】
又、前記終端側ワークストッパ１６は、ワーク定盤４より取り外し可能にしてあるので、このことによっても、各ワーク定盤４に対してワーク１２を搬入、搬出する作業の容易性をより向上させることができる。
【００８６】
更に、前記終端側ワークストッパ１６は、ワーク定盤４に取り付けるブロック部材２０に、摩擦撹拌接合進行方向上流側への突出量を変更可能なワーク押し当て部材２３を備えているので、接合対象のワーク１２の摩擦撹拌接合進行方向の寸法が一様でなくても、容易に対応してその接合終端側端部１２ｂの位置固定を行うことができる。
【００８７】
なお、本発明は、前記実施の形態にのみ限定されるものではなく、始端側ワークストッパ１５は、ワーク定盤４に固定されたものとして示したが、該始端側ワークストッパ１５を、終端側ワークストッパ１６と同様に、ワーク定盤４に対して摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に位置を変更可能に取り付ける構成としてもよい。この場合、前記始端側ワークストッパ１５の位置変更可能な範囲は、該始端側ワークストッパ１５により位置決めされるワーク１２の接合始端側端部１２ａに、対応する始端側ワーククランプ機構１７のアーム部材３６に備えた油圧シリンダ３９が届く範囲内とすればよい。
【００８８】
終端側ワークストッパ１６は、ブロック部材２０からの突出量を可変としたワーク押し当て部材２３を備える構成を示したが、ワーク定盤４に取り外し可能に取り付けるブロック状の部材のみの構成としてもよい。この場合、前記ブロック状の部材のみからなる終端側ワークストッパは、ワーク定盤４に載置するワーク１２の接合終端側端部１２ｂが配置される位置から、該終端側ワークストッパ自身のワーク定盤４に対する取り付け位置までの寸法が異なるごとに別体製作しておき、ワーク定盤４に実際に取り付けた終端側ワークストッパ１６と、ワーク１２の接合終端側端部との密着性は、シムやスペーサのような隙間板を適宜挿入して調整するようにすればよい。
【００８９】
始端側ワーククランプ機構１７及び終端側ワーククランプ機構１８は、ワーク１２を上方からワーク定盤４に押し付けるための押し付け手段として、油圧シリンダ３９，５１を備える構成を示したが、空圧シリンダや電動シリンダ、その他、上下方向に作動可能でワーク定盤４に載置されたワーク１２に対して上方から押し付け力を付与できれば、油圧シリンダ３９，５１以外の任意の押し付け手段を採用してもよい。
【００９０】
始端側ワーククランプ機構１７は、ワーク定盤４に対するワーク１２の搬入や搬出の際に干渉しない配置に退避させることができるようにしてあれば、退避構造は、水平方向へ旋回する形式に限定されるものではなく、上下方向に旋回する形式や、終端側ワーククランプ機構１８と同様に摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に走行する形式としてもよい。
【００９１】
終端側ワーククランプ機構１８は、ワーク定盤４に載置するワーク１２の摩擦撹拌接合進行方向のサイズの変化が数メートルの範囲内に限定される場合は、退避構造を、摩擦撹拌接合進行方向の上下流方向に走行する形式ではなく、始端側ワーククランプ機構１７と同様に水平方向に旋回する形式や、上下方向に旋回する形式としてもよい。
【００９２】
その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００９３】
４  ワーク定盤、１２  ワーク、１２ａ  接合始端側端部、１２ｂ  接合終端側端部、１３  接合線、１４  ワーク固定装置、１５  始端側ワークストッパ、１６  終端側ワークストッパ、１７  始端側ワーククランプ機構、１８  終端側ワーククランプ機構、２３  ワーク押し当て部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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