(57)【要約】【課題】ホイールリム等の円筒体の寸法精度を良好にする。【解決手段】第１突出部１２および第２突出部１４を有する円筒体Ｗ２を形成した後、該円筒体Ｗ２を支持用中子３２上に載置する。整列シリンダ８８のピストンロッド９０を付勢して、まず、整列用押圧部材１４２を円筒体Ｗ２の一端面に当接させる。これにより、円筒体Ｗ２は、該円筒体Ｗ２の他端面が第１整列盤１８６または第２整列盤１８８に当接するまで変位する。この変位に伴って、第１突出部１２および第２突出部１４の端面の位置ずれが解消される。ピストンロッド９０の付勢を続行すると、第１把持部材１３８の凹部１４０が第２突出部１４に嵌合する。【選択図】図９
2004358505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隅角部に凸部を有する板材の端面同士が当接されることによって形成された円筒体の前記端面同士を摩擦撹拌接合する際に使用される摩擦撹拌接合用治具であって、
基台と、
前記基台に設けられた第１支持手段および第２支持手段と、
前記第１支持手段および第２支持手段を介して前記基台から離間するとともに、前記円筒体の内部に挿入されて該円筒体を支持する支持用中子と、
前記支持用中子上に配設されるとともに、前記円筒体における当接箇所の両端部に、前記凸部同士が当接することに伴って形成されて接合方向に沿って延在する各突出部をそれぞれ把持する第１把持部材および第２把持部材と、
前記円筒体の一端面に当接するとともに、前記円筒体の当接箇所を挟んで配設された２個の整列盤と、
前記円筒体の一端面が前記整列盤に当接するまで前記円筒体を他端面側から押圧して変位させるシリンダを具備する整列手段と、
を有することを特徴とする摩擦撹拌接合用治具。
【請求項２】
請求項１記載の治具において、前記第１把持部材または前記第２把持部材のいずれか一方は、前記シリンダによって変位されることを特徴とする摩擦撹拌接合用治具。
【請求項３】
請求項２記載の治具において、前記第１把持部材または前記第２把持部材は、前記円筒体の変位が終了した後に変位して前記円筒体の前記突出部に嵌合することを特徴とする摩擦撹拌接合用治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寸法精度が良好な円筒体を効率よく製作することが可能な摩擦撹拌接合用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車が走行するために必要なタイヤは、ホイールに嵌着されている。このホイールは、例えば、円盤状に形成されたホイールディスクと、円筒体状に形成されたホイールリムとが溶接等によって接合されることによって製造されている。このようなホイールは２ピースホイールと称されており、近年では、自動車に軽量化が希求されていることから、ホイールディスクおよびホイールリムの双方とも、アルミニウムを素材として製作されることが主流になりつつある。
【０００３】
このうち、ホイールリムの製造方法としては、特許文献１および特許文献２に記載されているように、まず、長方形状の板材の端面同士を当接させて円筒体とし、次に、この当接した端面同士を抵抗溶接する、いわゆる突き合わせ抵抗溶接が例示される。また、特許文献３には、上記と同様にして円筒体を形成した後、ＭＩＧ溶接またはＴＩＧ溶接を施して当接した端面同士を接合することが提案されている。
【０００４】
ところで、特許文献１〜３に記載された溶接法によって当接箇所を接合した場合、溶接部近傍の肉が隆起することによって隆起部が形成されてしまう。この隆起部が存在する状態では、外観上の品質が劣る製品となるため、隆起部を研削する煩雑な仕上げ作業が必要となる。また、このためにホイールリムを効率よく製作することができないという不具合も顕在化している。
【０００５】
そこで、隆起部を形成することなく当接箇所を接合することが可能であり、したがって、仕上げ作業が不要な摩擦撹拌接合を採用することも想起される。しかしながら、摩擦撹拌接合を遂行する場合、接合すべき当接箇所にプローブを押圧するため、当接させた端面同士が離間して、該当接箇所に隙間が生じることがある。このような事態が生じると、接合強度が低くなり、接合不良となる箇所が生じてしまう。
【０００６】
このような不具合を回避するべく、特許文献４には、板材同士を摩擦撹拌接合する場合において、回転子の変位方向に沿って両板材の端面を押圧することによって板材同士が離間することを阻止することが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−２０６９５１号公報（段落［０００６］および図１）
【特許文献２】
特開平１０−１２９４０４号公報（段落［０００８］および図１）
【特許文献３】
特開昭６２−１０７８３２号公報（第２頁右下欄第７行〜第１１行）
【特許文献４】
特開平１０−１９３１３９号公報（段落［００１１］および図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献４に記載された方法は、板材同士を接合する場合には有効であるものの、ホイールリム等のように、円筒体を製作する場合には採用することができない。
【０００９】
結局、摩擦撹拌接合にて円筒体を製造する方法は未だに確立されていない。
【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、摩擦撹拌接合にて外観上の品質に優れる円筒体を容易かつ簡便に得ることが可能であり、このために円筒体を効率よく製作することが可能な摩擦撹拌接合用治具を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
円筒体の摩擦撹拌接合が遂行可能となるように鋭意検討を重ねる過程で、本発明者らは、円筒体を外周壁面側および内周壁面側の双方から押圧支持することにより、円筒体における当接した端面同士が離間すること、換言すれば、円筒体が開いてしまうことを防止することを想起した。
【００１２】
しかしながら、この場合、ワークを湾曲させて円筒体として治具にセットすると、端面同士の位置が合致しないことがある。このような状態で摩擦撹拌接合を遂行すると、端面同士の位置が溶接方向に沿ってややずれたホイールリムが製作されてしまう。すなわち、ホイールリムの寸法精度が良好でなくなる。
【００１３】
本発明者らは、このような事態を回避するべくさらなる検討を重ね、本発明をするに至った。
【００１４】
すなわち、本発明は、隅角部に凸部を有する板材の端面同士が当接されることによって形成された円筒体の前記端面同士を摩擦撹拌接合する際に使用される摩擦撹拌接合用治具であって、
基台と、
前記基台に設けられた第１支持手段および第２支持手段と、
前記第１支持手段および第２支持手段を介して前記基台から離間するとともに、前記円筒体の内部に挿入されて該円筒体を支持する支持用中子と、
前記支持用中子上に配設されるとともに、前記円筒体における当接箇所の両端部に、前記凸部同士が当接することに伴って形成されて接合方向に沿って延在する各突出部をそれぞれ把持する第１把持部材および第２把持部材と、
前記円筒体の一端面に当接するとともに、前記円筒体の当接箇所を挟んで配設された２個の整列盤と、
前記円筒体の一端面が前記整列盤に当接するまで前記円筒体を他端面側から押圧して変位させるシリンダを具備する整列手段と、
を有することを特徴とする。
【００１５】
このような構成とすることにより、整列手段の作用下に、円筒体における接合方向に沿った端面同士の位置合わせを容易かつ確実に行うことができる。すなわち、煩雑な作業を行うことなく円筒体の接合方向端面の位置ずれを解消することができる。このため、摩擦撹拌接合を効率よく遂行することができる。
【００１６】
なお、前記第１把持部材または第２把持部材のいずれか一方を、前記シリンダによって変位させるようにすることが好ましい。これにより、摩擦撹拌用治具を構成する部材数を低減することができ、結局、摩擦撹拌接合用治具を低コストで構成することができる。
【００１７】
この場合、第１把持部材または第２把持部材を、円筒体の変位が終了した後に変位させて該円筒体の突出部に嵌合させるようにすることが好ましい。この場合、突出部が、位置ずれが存在しない状態で把持される。したがって、寸法精度が一層良好な円筒体を製作することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る摩擦撹拌接合用治具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。なお、本実施の形態においては、円筒体としてホイールリムを製作する場合を例として説明する。
【００１９】
図１に示すように、ホイールリムを製作するためのワークＷ１は、略長方形状の板材であり、アルミニウムからなる。該ワークＷ１の四方の隅角部には、図１における矢印Ａ方向に指向して突出した第１凸部１０ａ〜第４凸部１０ｄが設けられている。後述するように、この矢印Ａに沿う方向は接合方向である。換言すれば、第１凸部１０ａ〜第４凸部１０ｄは、接合方向に沿って突出形成されている。
【００２０】
このワークＷ１を図１の矢印Ｂ方向に沿って湾曲させ、最終的に、図２に示すように、該ワークＷ１の端面同士を当接させることによって、矢印Ａ方向に延在する第１突出部１２、第２突出部１４を有する円筒体Ｗ２を形成する。なお、第１突出部１２は、第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃの端面同士が互いに当接することによって形成され、一方、第２突出部１４は、第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄの端面同士が互いに当接することによって形成される。
【００２１】
なお、図３に示すように、この時点では、第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃ同士、または、第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄ同士が積層していてもよい。
【００２２】
次に、本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用治具の構成につき説明する。
【００２３】
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用治具２０の要部概略斜視図を図４に示すとともに、図４のＶ−Ｖ線矢視断面図を図５に示す。これら図４および図５から諒解されるように、摩擦撹拌接合用治具２０は、底面が若干傾斜した基台２２（図５参照）と、第１支持手段としての柱状部材２４と、第２支持手段としての第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８と、これら柱状部材２４、第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８に支持されるとともに後述する各種の手段を保持する支持体３０と、該支持体３０の上端面に載置・連結された支持用中子３２とを有する。
【００２４】
ここで、第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８は、プランジャを油圧によって滑らかにロックする手段を有するサポートである。
【００２５】
図５に示すように、基台２２上に立設された柱状部材２４は、底盤３４と立柱盤３６とが略Ｌ字状に組み合わされ、さらに、立柱盤３６が支持盤３８で支持されてなる。そして、立柱盤３６には、ストッパ部材４０が連結固定されている。
【００２６】
その一方で、図４〜図６に示すように、基台２２にはレール４２が敷設されている。前記第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および前記第２支持ナチュラルロックシリンダ２８は、このレール４２に沿って移動可能である。
【００２７】
すなわち、レール４２には係合用ブラケット４４の係合溝が係合しており（図４参照）、かつ該係合用ブラケット４４上には、位置決め用ブラケット４６が連結固定されている。そして、この位置決め用ブラケット４６の一側面には、変位シリンダ４８を構成するピストンロッド５０の頭部の抜け止めがなされた収容ブラケット５２が位置決め固定されている。第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８は、前記位置決め用ブラケット４６に連結固定されており、したがって、変位シリンダ４８のピストンロッド５０が前進・後退動作することに追従して、レール４２に案内されて変位する。
【００２８】
なお、変位シリンダ４８は、基台２２に連結された略Ｌ字状のＬ型支持盤５４によって支持されている。そして、変位シリンダ４８の対向位置には停止盤５６が設けられており、位置決め用ブラケット４６が所定の位置まで到達した場合、該停止盤５６によって位置決め用ブラケット４６、ひいては第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８のそれ以上の変位が抑止される。
【００２９】
また、第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８の各支持用ロッド５８、６０は、支持体３０に接近または離間する方向に指向して上昇・下降動作する。
【００３０】
図５に示すように、支持体３０には、その長手方向に沿って第１挿入用穴部６２および第２挿入用穴部６４が設けられている。このうち、第１挿入用穴部６２には、該第１挿入用穴部６２よりも幅広でかつ端部が閉塞したカム挿入部６６が連通している。また、支持体３０の底部には、その一部が切り欠かれることによって、該カム挿入部６６に連通する凹部６８が形成されている。なお、凹部６８の幅は、カム挿入部６６に比して大きく設定されている。
【００３１】
また、支持体３０の一端部には、円筒体Ｗ２を内周壁面側から押圧するための内周壁押圧シリンダ７０が連結固定されており、該内周壁押圧シリンダ７０のピストンロッド７２は、図７に示すカム７４とともに前記第１挿入用穴部６２に挿入されている。なお、ピストンロッド７２と支持体３０との間には、図示しないブッシュが介装されている。
【００３２】
このピストンロッド７２の頭部は、図７に示すように、連結用環状部材７６を介してカム７４に連結されている。後述するように、ピストンロッド７２が前進・後退動作することに伴って、カム７４の作用下に小ロッド７８ａ〜７８ｃがピストンロッド７２の前進・後退方向と直交する方向に前進・後退動作する。
【００３３】
カム７４の上端面には、カム７４の長手方向に対して所定の角度で傾斜した係合溝８０ａ〜８０ｃが設けられている。一方、小ロッド７８ａ〜７８ｃの各底面には突起部８２ａ〜８２ｃがそれぞれ設けられており、これら突起部８２ａ〜８２ｃは、係合溝８０ａ〜８０ｃに摺動自在に係合されている（図５参照）。
【００３４】
なお、カム７４は、前記凹部６８に挿入された保持部材８４が支持体３０に連結されることによって該支持体３０に保持されている。
【００３５】
小ロッド７８ａ〜７８ｃの各先端部には、図示しないボルトを介して押圧部材８６が連結されている（図７参照）。各押圧部材８６の先端面は、円筒体Ｗ２の内周壁面に合わせて湾曲形成されている。
【００３６】
一方の第２挿入用穴部６４は、支持体３０の長手方向に沿って該支持体３０を貫通するように設けられている（図５参照）。この第２挿入用穴部６４には、支持体３０の図５における右端面に連結固定された整列シリンダ８８のユニバーサルジョイントを含むピストンロッド９０が挿入されている。
【００３７】
該ピストンロッド９０の頭部には、長尺なフローティングロッド９２の一端部が連結されている。また、このフローティングロッド９２の他端部は、第２挿入用穴部６４から突出している。
【００３８】
ここで、図８に示すように、支持体３０の一端部においては、第２挿入用穴部６４の両側部に、第１ロッド挿入用小孔部９４、第２ロッド挿入用小孔部９６が設けられている。そして、これら第１ロッド挿入用小孔部９４および第２ロッド挿入用小孔部９６には、第１大ロッド９８、第２大ロッド１００がそれぞれ挿入されている。
【００３９】
支持体３０と第１大ロッド９８、第２大ロッド１００との間には図示しないベアリングが介装されており、該ベアリングは、第１ロッド挿入用小孔部９４、第２ロッド挿入用小孔部９６に嵌合された第１キャップ部材１０２、第２キャップ部材１０４によって封止されている。
【００４０】
フローティングロッド９２の頭部端面には、連結部材１０６が当接している。この連結部材１０６には第１貫通孔１０８、第２貫通孔１１０および第３貫通孔１１２が設けられており、中央に設けられた第２貫通孔１１０に通されたボルト１１４は、フローティングロッド９２の頭部に螺合されている。
【００４１】
また、第１貫通孔１０８、第３貫通孔１１２には第１大ロッド９８、第２大ロッド１００が通されており、これによりフローティングロッド９２と第１大ロッド９８、第２大ロッド１００とが連結部材１０６を介して互いに連結されている。なお、第１大ロッド９８、第２大ロッド１００の第１貫通孔１０８、第３貫通孔１１２からの抜け止めは環状ストッパ１１６によってなされ、一方、フローティングロッド９２の第２貫通孔１１０からの抜け止めは、該フローティングロッド９２の頭部端面およびボルト１１４によってなされている。
【００４２】
連結部材１０６の第１貫通孔１０８、第３貫通孔１１２から突出して延在する第１大ロッド９８、第２大ロッド１００には、図５における縦方向の寸法が連結部材１０６に比して若干小さい載置用連結部材１１８が橋架されている。すなわち、図８に示すように、この載置用連結部材１１８には、第４貫通孔１２０および第５貫通孔１２２が設けられており、第１大ロッド９８、第２大ロッド１００は、これら第４貫通孔１２０、第５貫通孔１２２にそれぞれ通されている。なお、載置用連結部材１１８と第１大ロッド９８、第２大ロッド１００との間にも図示しないベアリングが介装されており、該ベアリングは、第４貫通孔１２０、第５貫通孔１２２に嵌合された第３キャップ部材１２４、第４キャップ部材１２６によって封止されている。
【００４３】
第１大ロッド９８、第２大ロッド１００は、載置用連結部材１１８の第４貫通孔１２０、第５貫通孔１２２から突出してさらに延在している。そして、各先端部には、コイルスプリング１２８ａ、１２８ｂを収容したケーシング１３０ａ、１３０ｂがそれぞれ設置されている。
【００４４】
ケーシング１３０ａ、１３０ｂは、それぞれ、第１大ロッド９８、第２大ロッド１００の側周壁に嵌合されて一端部が開口した円筒体状ボディ１３２ａ、１３２ｂと、第１大ロッド９８、第２大ロッド１００の頭部にボルト１３４ａ、１３４ｂを介して連結されて一端部が開口した円筒体状カバー部材１３６ａ、１３６ｂとを有し、該円筒体状カバー部材１３６ａ、１３６ｂの側周壁は、円筒体状ボディ１３２ａ、１３２ｂの側周壁を囲繞している。前記コイルスプリング１２８ａ、１２８ｂの各端部は、円筒体状ボディ１３２ａ、１３２ｂの底面および円筒体状カバー部材１３６ａ、１３６ｂの天井面にそれぞれ着座している。
【００４５】
連結部材１０６の上端面には、第１把持部材１３８が連結固定されている（図５参照）。図９に示すように、この第１把持部材１３８には、第２突出部１４の形状に対応する形状の凹部１４０が設けられている。また、載置用連結部材１１８の上端面には、略コ字状型の整列用押圧部材１４２が設置されている（図５および図９参照）。この整列用押圧部材１４２は、第１把持部材１３８を囲繞するように配設されており、その先端部は、第１把持部材１３８の先端部よりも突出している。このため、円筒体Ｗ２がセットされた際、第１把持部材１３８の先端部よりも整列用押圧部材１４２の先端部の方が先に円筒体Ｗ２に当接する。
【００４６】
後述するように、これら第１把持部材１３８、整列用押圧部材１４２は、ピストンロッド９０（図５参照）が付勢されることに伴い、フローティングロッド９２、第１大ロッド９８および第２大ロッド１００を介して変位する。
【００４７】
支持体３０の図５における右端部、すなわち、整列シリンダ８８および内周壁押圧シリンダ７０が連結固定された側の端部には、図５のＸ−Ｘ線矢視断面図である図１０に示すように、冷却水を流通させるための４個のチューブ１４４ａ〜１４４ｄが管継手１４５を介してそれぞれ接続されている。一方、支持体３０の内部には、冷却水を導入するための冷却水入口通路１４６、冷却水を排出するための冷却水出口通路１４８が設けられている。なお、支持体３０の内部にはエア通路１５０も設けられており、該エア通路１５０には、管継手を介して圧縮エア用チューブ（ともに図示せず）が接続されている。
【００４８】
支持体３０の上端面に位置決め固定された前記支持用中子３２は、第１中子部材１５２と第２中子部材１５４とからなる。円筒体Ｗ２の内周壁面は、このうちの第１中子部材１５２の湾曲上面に当接し、これにより該円筒体Ｗ２が摩擦撹拌接合用治具２０に支持される。
【００４９】
支持体３０の上端面に載置・連結された第２中子部材１５４の上端部には、傾斜して突出した凸部が設けられている。この凸部には、支持体３０の長手方向に沿って挿入溝１５６が形成されている。
【００５０】
また、第２中子部材１５４における挿入溝１５６の両側部には、第１通路１５８、第２通路１６０が設けられている（図５参照）。これら第１通路１５８、第２通路１６０は、第２中子部材１５４の図５における右端部から左端部に指向して延在する上部通路１６２と、この上部通路１６２の下方に設けられて第２中子部材１５４の図５における左端部で該上部通路１６２と連通する下部通路１６４とを有する。なお、下部通路１６４は、第２中子部材１５４の図５における左端部から右端部に指向して延在する。
【００５１】
第１通路１５８および第２通路１６０を構成する各上部通路１６２は冷却水入口通路１４６に連通しており、その一方で、各下部通路１６４は冷却水出口通路１４８に連通している。すなわち、第１通路１５８および第２通路１６０には、冷却水が流通される。
【００５２】
第２中子部材１５４の上端面には、図５および図９における右端部近傍に、前記挿入溝１５６を挟んで対向する位置に４本のピン１６６が立設されている。これらピン１６６のうち内側の２本は、第２把持部材１６８の湾曲凹部１７０に進入する。
【００５３】
第１中子部材１５２は、第２中子部材１５４に設けられた挿入溝１５６に挿入・位置決め固定されている。この第１中子部材１５２におけるピン１６６の近傍には、第２中子部材１５４の内部に設けられた前記エア通路１５０に連通するエア噴出口１７４が設けられている。
【００５４】
このように、湾曲上面を有する第１中子部材１５２と、内部に冷却水が流通する第１通路１５８および第２通路１６０を有する第２中子部材１５４とを別個の部材とすることにより、第１中子部材１５２および第２中子部材１５４を各々容易に製作することができる。
【００５５】
ここで、エア噴出口１７４から噴出された圧縮エアの圧力は、図示しない第１圧力センサによって常時モニタリングされる。その一方で、円筒体Ｗ２の第１凸部１０ａおよび第３凸部１０ｃの近傍における圧縮エアの圧力も、図示しない第２圧力センサによってモニタリングされる。後述するように、第１圧力センサおよび第２圧力センサによってモニタリングされた圧縮エアの圧力が比較されることにより、第１凸部１０ａおよび第３凸部１０ｃが離間した状態にあるかまたは当接した状態にあるかが判定される。
【００５６】
図５および図９に示すように、支持体３０の上端面右端部には、固定盤１７６を介して把持シリンダ１７８が設置されている。この把持シリンダ１７８は、ピストンロッド１８０と、２本のガイド部材１８１ａ、１８１ｂとを有し（図９参照）、このうちのピストンロッド１８０には、押圧盤１８２が橋架されている。前記第２把持部材１６８は、この押圧盤１８２に連結されている。
【００５７】
上記したように、第２把持部材１６８の先端部には、ピン１６６に対応する位置に湾曲凹部１７０が形成されている。また、この第２把持部材１６８には、第１突出部１２の形状に対応する形状の凹部１８４が設けられている。
【００５８】
また、図９における支持体３０の上端面右端部には、第２中子部材１５４を間に挟んで対向する位置に、第１整列盤１８６、第２整列盤１８８が位置決め固定されている。
【００５９】
この摩擦撹拌接合用治具２０は、以上の手段の他、図４および図６に示すように、円筒体Ｗ２を押止するための第１押止手段１９０ａ、第２押止手段１９０ｂを有する。このうち、第１押止手段１９０ａは、基台２２に立設された支持盤１９２と、該支持盤１９２の平面部位上端面に載置・固定された上下動シリンダ１９４と、該上下動シリンダ１９４のピストンロッド１９６、および支持盤１９２における柱状部位の上端部にリンク１９８、２００を介して連結されたアーム部材２０２と、該アーム部材２０２の先端部に設置された押止部材２０４とを備える。この押止部材２０４の長手方向の寸法は、円筒体Ｗ２の長手方向の寸法と略同等である（図４参照）。
【００６０】
残余の第２押止手段１９０ｂは第１押止手段１９０ａと同一構成であり、したがって、第１押止手段１９０ａと同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
第１押止手段１９０ａおよび第２押止手段１９０ｂの各押止部材２０４が円筒体Ｗ２を押止した際には、両押止部材２０４の間に間隙２１０が形成される。この間隙２１０には、円筒体Ｗ２の端面同士が当接した箇所を接合するための摩擦撹拌接合用工具２５０が挿入される。
【００６２】
なお、この摩擦撹拌接合用工具２５０は、図示しない摩擦撹拌接合装置のスピンドルに固定された回転体２５２（図４参照）と、該回転体２５２の先端部に設けられたプローブ２５４とを有する。なお、前記スピンドルは、スピンドルカバー２５６内に収容されている。
【００６３】
このスピンドルカバー２５６の一側面にはステー２５８が設置されており、このステー２５８には、ロータリアクチュエータ２６０が支持固定されている。また、ステー２５８の凹部には、図示しない通路が内部に設けられた箱型の継手２６２が挿入されており、この継手２６２には、回転体２５２に向けて噴出される冷却用の圧縮エアを送気するためのエア導入チューブ２６４と、冷却用エア噴出管２６６とが接続されている。
【００６４】
本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用治具２０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。
【００６５】
この摩擦撹拌接合用治具２０は、図示しない摩擦撹拌接合装置に設置されて使用される。まず、摩擦撹拌接合作業に先立ち、チューブ１４４ｂ、１４４ｄを介して冷却水が供給される。
【００６６】
供給された冷却水は、支持体３０に設けられた冷却水入口通路１４６（図１０参照）を経由して、第２中子部材１５４に設けられた第１通路１５８、第２通路１６０を構成する各上部通路１６２に導入される。冷却水は、さらに、第２中子部材１５４の図５における右端部から左端部に指向して流通した後、該左端部にて各下部通路１６４に移動し、該下部通路１６４に沿って第２中子部材１５４の図５における左端部から右端部に指向して流通する。
【００６７】
各下部通路１６４を流通した冷却水は、支持体３０に設けられた冷却水出口通路１４８（図１０参照）を経由した後、チューブ１４４ａ、１４４ｃを介して摩擦撹拌接合用治具２０の外部へと排出される。
【００６８】
また、図示しない前記圧縮エア用チューブを介して圧縮エアを供給する。この圧縮エアは、支持体３０および第２中子部材１５４の内部のエア通路１７２を通過して、第１中子部材１５２に設けられたエア噴出口１７４から排出される。
【００６９】
上記のようにして冷却水および圧縮エアを第２中子部材１５４の内部に流通させるようにした後、第１突出部１２および第２突出部１４が形成された円筒体Ｗ２（図２参照）の内部に、第１突出部１２を先頭にして支持用中子３２（図４および図５参照）を通す。そして、該円筒体Ｗ２を支持用中子３２に載置し、該支持用中子３２を構成する第１中子部材１５２の湾曲上面に円筒体Ｗ２の内周壁を当接させる。
【００７０】
この場合、支持用中子３２の長手方向は、摩擦撹拌接合用工具２５０の変位方向と平行である。したがって、円筒体Ｗ２を摩擦撹拌接合用工具２５０の変位方向に沿ってセットすることができる。このため、円筒体Ｗ２を支持用中子３２にセットした後に摩擦撹拌接合用工具２５０の変位方向に整合させるための位置合わせ等を行う必要がないので、摩擦撹拌接合作業を迅速に行うことができる。
【００７１】
そして、円筒体Ｗ２を支持用中子３２に沿って変位させ、該円筒体Ｗ２の一端面の下方をストッパ部材４０に当接させるとともに、該一端面の上方を第１整列盤１８６および第２整列盤１８８に当接させる。
【００７２】
次に、変位シリンダ４８を付勢して、ピストンロッド５０を前進動作させる。これに追従して位置決め用ブラケット４６が押圧されることに伴い、係合用ブラケット４４、ひいては第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８がレール４２に案内されて変位する。
【００７３】
このようにして係合用ブラケット４４が図６に破線で示す位置から実線で示す位置まで変位した場合、位置決め用ブラケット４６が停止盤５６に当接する。これにより第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８のそれ以上の変位が抑止され、支持体３０の下方における所定の箇所に位置決めされる。
【００７４】
なお、この変位の際、第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８の各支持用ロッド５８、６０は下死点に位置しているので、該支持用ロッド５８、６０が支持体３０に当接することはない。このように、第２支持手段を第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８とすることにより、支持用ロッド５８、６０が支持体３０に当接することを回避することができる。
【００７５】
次に、第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８を付勢し、各支持用ロッド５８、６０を支持体３０に指向して前進動作させる。すなわち、各支持用ロッド５８、６０は、図６における上方に指向して変位し、下方から支持体３０を支持する。これにより、支持体３０、ひいては円筒体Ｗ２が、柱状部材２４、第１支持ナチュラルロックシリンダ２６および第２支持ナチュラルロックシリンダ２８によって両端部から支持される。
【００７６】
次に、第１押止手段１９０ａ、第２押止手段１９０ｂ（図４参照）の各上下動シリンダ１９４を付勢して、ピストンロッド１９６を上昇動作させる。これに伴い、アーム部材２０２がリンク１９８、２００との結合箇所を支点として円筒体Ｗ２に指向して傾動動作し、最終的に、押止部材２０４が円筒体Ｗ２の外周壁面に当接する（図４、図６および図１０参照）。
【００７７】
その後、ピストンロッド１９６の圧が低減され、その結果、押止部材２０４が円筒体Ｗ２の外周壁部面に小さな押圧力で載置された状態となる。
【００７８】
次に、内周壁押圧シリンダ７０（図５参照）を付勢して、ピストンロッド７２を前進動作させる。この前進動作に伴って、該ピストンロッド７２の頭部に連結されたカム７４（図７参照）が前進動作する。
【００７９】
カム７４が前進動作すると、該カム７４の上端面の係合溝８０ａ〜８０ｃが変位することに伴い、該係合溝８０ａ〜８０ｃに係合した突起部８２ａ〜８２ｃが押圧される。これにより該突起部８２ａ〜８２ｃが係合溝８０ａ〜８０ｃ内に案内されながら摺動することに追従して、図７に破線で示すように、小ロッド７８ａ〜７８ｃが、カム７４の前進動作方向と直交する方向に前進動作する。最終的に、小ロッド７８ａ〜７８ｃの各先端部に連結された押圧部材８６が円筒体Ｗ２の内周壁面を押圧する。
【００８０】
この押圧によって、円筒体Ｗ２が僅かに開く。換言すれば、当接した端面同士が僅かに離間する。円筒体Ｗ２の第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃ同士、または、第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄ同士が積層している場合、この離間によって、積層状態が解消される。
【００８１】
積層状態を解消した後、ピストンロッド７２を緩慢に後退動作させることによって押圧部材８６を徐々に後退動作させれば、開かれた円筒体Ｗ２が徐々に閉じ、第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃ同士、第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄ同士が積層することなく当接して、第１突出部１２、第２突出部１４が形成される。
【００８２】
第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃの端面同士が離間しているか否かは、エア噴出口１７４から噴出される圧縮エアにて確認することができる。端面同士が当接して間隙が存在しない場合、圧縮エアは、第１突出部１２に遮断されて上昇しない。このため、第１突出部１２の近傍で前記第２圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力は、エア噴出口１７４の近傍で前記第１圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力に比して大きくなる。
【００８３】
これに対し、第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃの端面同士が離間して間隙が存在する場合、圧縮エアは、該間隙を通過して上昇する。この場合、前記第２圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力は、前記第１圧力センサによってモニタリングされる圧縮エアの圧力と略同等となる。
【００８４】
このようにして第１圧力センサおよび第２圧力センサでモニタリングされる圧縮エアの圧力を比較することにより、第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃの端面同士が離間しているかまたは当接しているかを確実に検知することができる。端面同士が離間して間隙が存在する場合、ピストンロッド７２をさらに後退動作させればよい。
【００８５】
なお、この作業が終了した時点では、図１１に示すように、第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃの先端部同士、第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄの先端部同士が位置ずれを起こしていてもよい。また、円筒体Ｗ２における第１突出部１２側の端面が第１整列盤１８６、第２整列盤１８８から離間していてもよい。
【００８６】
次に、整列シリンダ８８を付勢して、ピストンロッド９０を介してフローティングロッド９２を図５における右方に指向して後退動作させる。これに伴って後退動作する第１大ロッド９８（図８参照）、第２大ロッド１００に追従して、連結部材１０６および載置用連結部材１１８、ひいては第１把持部材１３８および整列用押圧部材１４２が図５における右方に変位する。
【００８７】
上記したように、第１把持部材１３８の先端部よりも整列用押圧部材１４２の先端部の方が円筒体Ｗ２に近接する。このため、円筒体Ｗ２の端面には、整列用押圧部材１４２の先端部がまず当接する。
【００８８】
円筒体Ｗ２の端面は、整列用押圧部材１４２に押圧されることにより、第１整列盤１８６、第２整列盤１８８に指向して変位する。そして、例えば、第１凸部１０ａが第３凸部１０ｃに先行して変位する場合、第１凸部１０ａが設けられている側の端面が第１整列盤１８６に当接することによって変位が停止する。この状態で、整列用押圧部材１４２の変位がさらに続行されると、最終的に、第３凸部１０ｃが設けられている側の端面が第２整列盤１８８に当接する。これにより第３凸部１０ｃが設けられている側の端面の変位が停止して、円筒体Ｗ２の両端面が整列する。換言すれば、円筒体Ｗ２の両端面が面一となる。勿論、この整列に伴って整列用押圧部材１４２の変位も停止する。
【００８９】
ピストンロッド９０およびフローティングロッド９２（ともに図７参照）の後退動作は、さらに続行される。この際、整列用押圧部材１４２が円筒体Ｗ２の端面に押止されているので、載置用連結部材１１８および整列用押圧部材１４２が変位することはない。
【００９０】
一方、第１大ロッド９８、第２大ロッド１００は、ボルト１３４ａ、１３４ｂおよび円筒体状カバー部材１３６ａ、１３６ｂを介して、ケーシング１３０に収容されたコイルスプリング１２８ａ、１２８ｂを押圧・収縮させる。この収縮分が第１大ロッド９８および第２大ロッド１００のさらなるストロークとなり、結局、連結部材１０６、ひいては第１把持部材１３８のさらなる変位量となる。
【００９１】
このようにして第１把持部材１３８が変位した結果、凹部１４０に第２突出部１４が嵌合する。上記したような積層解除作業および端面位置合わせ作業が施されているので、凹部１４０に嵌合した第２突出部１４において、第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄ同士が積層していることはなく、また、これら第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄの先端部同士が位置ずれしていることもない。
【００９２】
次に、把持シリンダ１７８を付勢して、ピストンロッド１８０を介して押圧盤１８２および第２把持部材１６８を図５および図９における左方に変位させる。最終的に、図９に示すように、第２把持部材１６８の湾曲凹部１７０にピン１６６が進入するとともに、凹部１８４に第１突出部１２が嵌合する。勿論、第１突出部１２においても、第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃ同士が積層していることはなく、また、これら第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃの先端部同士が位置ずれしていることもない。
【００９３】
以上のように第１突出部１２および第２突出部１４が第２把持部材１６８および第１把持部材１３８の各凹部１４０、１８４にそれぞれ嵌合することに伴って、円筒体Ｗ２が第１把持部材１３８および第２把持部材１６８に把持される。
【００９４】
次に、ピストンロッド１９６に圧を再度加え、押止部材２０４で円筒体Ｗ２の外周壁面を押圧する。これにより、円筒体Ｗ２は、押止部材２０４にて外周壁面側から押圧され、かつ支持用中子３２にて内周壁面側から押圧されるに至る。換言すれば、円筒体Ｗ２は、支持用中子３２および押止部材２０４に挟持され、このために該円筒体Ｗ２が開いて板材形状に戻ることが確実に阻止される。
【００９５】
この状態で、摩擦撹拌接合用工具２５０にて、円筒体Ｗ２における直線状の当接端面が摩擦撹拌接合される。
【００９６】
なお、摩擦撹拌接合に先立ち、回転体２５２に指向して冷却用の圧縮エアが噴出される。具体的には、ロータリアクチュエータ２６０の作用下に継手２６２が図４における仮想線に示す位置から回動動作し、その結果、冷却用エア噴出管２６６の湾曲した先端部が回転体２５２に対向する。この状態で、図示しない圧縮エア源から圧縮エアが供給され、該圧縮エアは、エア導入チューブ２６４、継手２６２および冷却用エア噴出管２６６を介して回転体２５２に指向して噴出される。
【００９７】
次に、摩擦撹拌接合用工具２５０を押止部材２０４同士の間隙２１０に挿入して回転体２５２を回転付勢した後、プローブ２５４を第１突出部１２の任意の位置に摺接させる。この摺接に伴って摩擦熱が発生し、第１突出部１２におけるプローブ２５４の当接箇所が軟化することにより該プローブ２５４の先端部が第１突出部１２に埋没する。
【００９８】
次に、回転体２５２の回転付勢を続行した状態で、摩擦撹拌接合用工具２５０を第２突出部１４に指向して移動させる。この際、軟化した円筒体Ｗ２における当接箇所の肉は、プローブ２５４にて撹拌されることに伴って塑性流動し、該プローブ２５４が移動した後に冷却固化することに伴って固相接合する。この現象が逐次的に繰り返されることにより、円筒体Ｗ２の当接箇所が一体的に固相接合されるに至る。
【００９９】
なお、基台２２の低部が傾斜しているため、円筒体Ｗ２も、水平方向に対して傾斜している。このため、摩擦撹拌接合用工具２５０が移動する際、該円筒体Ｗ２とプローブ２５４との接触面積は、該円筒体Ｗ２が水平に支持されている場合に比して小さくなる。このため、プローブ２５４に対する負荷を小さくすることができる。
【０１００】
また、摩擦撹拌接合用工具２５０が移動する際、該摩擦撹拌接合用工具２５０は、図示しない摩擦撹拌接合装置の作用下に、円筒体Ｗ２の傾斜に合わせて徐々に下降動作する。すなわち、プローブ２５４が円筒体Ｗ２から離脱することはない。
【０１０１】
この場合、上記したように、円筒体Ｗ２に第１突出部１２および第２突出部１４を設け、これら第１突出部１２および第２突出部１４を第１把持部材１３８および第２把持部材１６８により把持し、さらに、該円筒体Ｗ２を支持用中子３２および押止部材２０４で挟持するようにしている。このため、円筒体Ｗ２が開いて板材形状に戻ることを確実に阻止することができ、摩擦撹拌接合を容易に遂行することができる。
【０１０２】
また、第１突出部１２においては、第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃ同士の積層も位置ずれもない。勿論、第２突出部１４においても、第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄ同士の積層も位置ずれもない。このため、上記の摩擦撹拌接合作業を行うことにより、所定の直径および長さを有するホイールリムを確実に、しかも、効率よく製作することができる。すなわち、寸法精度が極めて良好なホイールリムを得ることができる。
【０１０３】
さらに、摩擦撹拌接合によれば、隆起部を形成することなく当接箇所を接合することが可能であり、したがって、仕上げ作業が不要となる。このため、外観が良好なホイールリムを効率よく製作することができる。
【０１０４】
以上のようにして摩擦撹拌接合作業が遂行される間、円筒体Ｗ２にプローブ２５４が摺接することに伴って、該円筒体Ｗ２に摩擦熱および加工熱が発生する。これらの熱は、支持用中子３２に伝達される。
【０１０５】
ここで、支持用中子３２を構成する第２中子部材１５４の内部には、上記したように冷却水が流通されている。このため、第１中子部材１５２を介して第２中子部材１５４に伝達された熱は、冷却水によって速やかに除去される。これにより、支持用中子３２が所定の温度、例えば、５０℃を上回ることのないように制御される。このため、円筒体Ｗ２の温度が上昇することも抑制されるので、摩擦撹拌接合の最中に該円筒体Ｗ２にバリが発生することを回避することもできる。
【０１０６】
また、摩擦撹拌接合を行うプローブ２５４も、冷却用エア噴出管２６６から噴出された圧縮エアによって冷却されている。これにより回転体２５２が特に円筒体Ｗ２の外周壁面に指向して熱膨張を起こすことを回避することができる。このため、プローブ２５４の埋没量が略一定となるので、寸法精度が良好な製品を、バリを発生させることなく連続して得ることができる。
【０１０７】
円筒体Ｗ２の摩擦撹拌接合が終了した後、上下動シリンダ１９４を付勢してピストンロッド１９６を下降動作させることで押止部材２０４を円筒体Ｗ２から離間させる。さらに、把持シリンダ１７８のピストンロッド１８０を図５における右方に後退動作させる一方で、整列シリンダ８８のピストンロッド９０を図５における左方に前進動作させる。これにより、第１突出部１２が第２把持部材１６８から離間するとともに、第２突出部１４が第１把持部材１３８から離間する。結局、第１突出部１２および第２突出部１４を有する円筒体Ｗ２が摩擦撹拌接合用治具２０から解放される。
【０１０８】
円筒体Ｗ２を支持用中子３２から離脱させた後、最後に、第１突出部１２および第２突出部１４を切断除去すれば、寸法精度が極めて良好なホイールリムが得られるに至る。
【０１０９】
このように、内周壁押圧シリンダ７０で第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃ、および第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄの積層を解消し、かつ整列シリンダ８８で第１凸部１０ａと第３凸部１０ｃ、および第２凸部１０ｂと第４凸部１０ｄの位置合わせを行うことにより、寸法精度が極めて良好なホイールリムを容易かつ簡便に、しかも、効率よく製作することができる。
【０１１０】
この切断除去作業を遂行する一方で、次なる円筒体Ｗ２が摩擦撹拌接合用治具２０にセットされる。この円筒体Ｗ２の内周壁面は、支持用中子３２を構成する第１中子部材１５２の湾曲上面に当接する。
【０１１１】
上記したように、第２中子部材１５４の内部には冷却水が流通されており、したがって、支持用中子３２の温度が上昇することが著しく抑制されている。このため、次に摩擦撹拌接合される円筒体Ｗ２が摩擦撹拌接合用治具２０にセットされた際、支持用中子３２から円筒体Ｗ２に熱が伝達されて該円筒体Ｗ２の温度が上昇することを回避することができる。これにより、次なる円筒体Ｗ２の金属組織が変化することを回避することができるので、連続的に製作されるホイールリムにおける強度等の機械的諸特性にバラツキが生じることを回避することができる。
【０１１２】
このように、円筒体Ｗ２の内周壁面に当接する支持用中子３２の内部に冷却水を流通することにより、品質に差異がないホイールリムを連続して製作することが著しく容易となる。
【０１１３】
なお、本実施の形態においては、円筒体としてホイールリムを例示して説明したが、特にこれに限定されるものではない。
【０１１４】
また、冷却媒体は冷却水に限定されるものではなく、オイル等を使用するようにしてもよい。
【０１１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、円筒体を一端面側から押圧して該円筒体を変位させ、他端面が部材（整列盤）に当接した際に変位を終了させるようにしている。このため、円筒体における接合方向に沿った端面同士の位置ずれが解消されるので、換言すれば、円筒体の接合方向に沿った端面同士の位置が確実に合致するので、寸法精度に優れる円筒体を製作することができるという効果が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】各隅角部に凸部を有するホイールリム用のワークの概略全体斜視図である。
【図２】図１のワークを湾曲させるとともに凸部同士を当接させることによって形成された突出部を有する円筒体の概略全体斜視図である。
【図３】図２の円筒体の突出部を形成する端部同士が積層した状態を示す要部拡大説明図である。
【図４】本実施の形態に係る摩擦撹拌接合用治具の要部概略斜視図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【図６】図４の摩擦撹拌接合用治具の正面図である。
【図７】円筒体の内周壁を押圧するための内周壁押圧シリンダ、カムおよび小ロッドを示す平面図である。
【図８】円筒体の突出部を把持するとともに該円筒体の端面を位置合わせするための整列シリンダおよび大ロッドを示す平面図である。
【図９】図４の摩擦撹拌接合用治具の平面図である。
【図１０】図５のＸ−Ｘ線矢視断面図である。
【図１１】図２の円筒体の突出部を形成する端部同士が位置ずれを起こした状態を示す要部拡大説明図である。
【符号の説明】
１０ａ〜１０ｄ…凸部              １２、１４…突出部
２０…摩擦撹拌接合用治具          ２２…基台
２４…柱状部材
２６、２８…支持ナチュラルロックシリンダ
３０…支持体                      ３２…支持用中子
４０…ストッパ部材                ４２…レール
４８…変位シリンダ                ５０…ピストンロッド
５８、６０…支持用ロッド          ６２、６４…挿入用穴部
６６…カム挿入部                  ７０…内周壁押圧シリンダ
７２…ピストンロッド              ７４…カム
７８ａ〜７８ｃ…小ロッド          ８０ａ〜８０ｃ…係合溝
８２ａ〜８２ｃ…突起部            ８６…押圧部材
８８…整列シリンダ                ９０…ピストンロッド
９２…フローティングロッド        ９８、１００…大ロッド
１０６…連結部材                  １１８…載置用連結部材
１２８ａ、１２８ｂ…コイルスプリング
１３８、１６８…把持部材          １４０、１８４…凹部
１４２…整列用押圧部材            １４６…冷却水入口通路
１４８…冷却水出口通路            １５０、１７２…エア通路
１５２、１５４…中子部材          １５６…挿入溝
１５８、１６０、１６２、１６４…通路
１７４…エア噴出口                １７８…把持シリンダ
１８０…ピストンロッド            １８２…押圧盤
１８６、１８８…整列盤            １９０ａ、１９０ｂ…押止手段
１９４…上下動シリンダ            １９６…ピストンロッド
２０４…押止部材                  ２１０…間隙
２５０…摩擦撹拌接合用工具        ２５２…回転体
２５４…プローブ                  Ｗ１…ワーク
Ｗ２…円筒体
【図１】
2004358505.tif 000003
【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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【図７】
2004358505.tif 000009
【図８】
2004358505.tif 000010
【図９】
2004358505.tif 000011
【図１０】
2004358505.tif 000012
【図１１】
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