(57)【要約】      （修正有）【課題】ピン／摩擦面と加工物との摩擦により加工物に導入されるエネルギーをより良く設定するのに使用できる摩擦攪拌溶接装置を提供する。【解決手段】本発明は、ピン３と第１の摩擦面セグメント４とを持ち、ピン３と第１の摩擦面セグメント４は回転軸６を中心に回転駆動され、第１の摩擦面セグメント４は加工物２に載る第１の摩擦面５を持つ。さらに加工物２、２’に載る第１の内摩擦面８を持つ第１の内セグメント７が設けられ、第１の内セグメント７はピン３を囲み、第１の摩擦面セグメント４は第１の内セグメント７を囲み、第１の摩擦面セグメント４は第１の内セグメント７と独立に回転駆動される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピン（３）と第１の摩擦面セグメント（４）とを持ち、ピン（３）と第１の摩擦面セグメント（４）は回転軸（６）を中心に回転駆動され、第１の摩擦面セグメント（４）は加工物（２）に載る第１の摩擦面（５）を持つ、摩擦攪拌溶接装置であって、加工物（２、２’）に当たる第１の内摩擦面（８）を持つ第１の内セグメント（７）が設けられ、第１の内セグメント（７）はピン（３）を囲み、第１の摩擦面セグメント（４）は第１の内セグメント（７）を囲み、第１の摩擦面セグメント（４）は第１の内セグメント（７）と独立に回転駆動されることを特徴とする摩擦攪拌溶接装置。
【請求項２】
第１の内セグメント（７）はピン（３）と接合されていることを特徴とする請求項１の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項３】
第１の内セグメント（７）はピン（３）と一体に形成されていることを特徴とする請求項２の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項４】
ピン（３）はピン（３）が延びる方向に直線状に変位可能であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項５】
ピン（３）と第１の摩擦面セグメント（４）とは互いに異なった回転速度で駆動可能であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項６】
ピン（３）と第１の摩擦面セグメント（４）とは互いに反対の回転方向に回転駆動可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項７】
第１の外セグメント（９）があり、第１の外セグメント（９）は第１の摩擦面セグメント（４）を囲んでいることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項８】
第１の摩擦面セグメント（４）は第１の外セグメント（９）に対し自由に回転できることを特徴とする請求項７の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項９】
第１の外セグメント（９）は回転については固定的に配置されていることを特徴とする請求項７の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項１０】
第１の外セグメント（９）は冷却可能であることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項１１】
第１の摩擦面セグメント（４）はピン（３）が延びている方向に変位可能であることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項１２】
ピン（３）および第１の摩擦面セグメント（４）用の第１の駆動装置があることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項１３】
第１の駆動装置は逆転機構を有していることを特徴とする請求項１２の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項１４】
逆転機構はかさ歯車機構として構成されていることを特徴とする請求項１３の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項１５】
第２の肩部があり、第２の肩部は第１の摩擦面（５）と離れた第２の摩擦面（１１）を持つ第２の摩擦面セグメント（１０）を持ち、第２の摩擦面（１１）は第１の摩擦面（５）に向いており、第２の摩擦面セグメント（１０）とピン（３）とは互いに独立に回転駆動されることを特徴とする請求項１乃至１４のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項１６】
ピン（３）と第２の摩擦面セグメント（１０）とは互いに反対の回転方向に回転駆動されることを特徴とする請求項１５の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項１７】
第１の摩擦面（５）と第２の摩擦面（１１）との距離は可変であることを特徴とする請求項１５および１６のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項１８】
第２の肩部は第２の内セグメント（１２）を持ち、第２の摩擦面セグメント（１０）は第２の内セグメント（１２）を囲んでいることを特徴とする請求項１５乃至１７のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項１９】
第２の肩部は第２の外セグメント（１４）を持ち、第２の外セグメント（１４）は第２の摩擦面セグメント（１０）を囲んでおり、第２の摩擦面セグメント（１０）は第２の外セグメント（１４）に対して回転できることを特徴とする請求項１５乃至１８の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項２０】
第２の外セグメント（１４）は回転については固定的に配置されていることを特徴とする請求項１９の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項２１】
第２の外セグメント（１４）は冷却可能であることを特徴とする請求項１９および２０のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項２２】
溶加材を溶接シームに導入する送り装置があることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項２３】
送り装置はピン（３）内の中央通路として形成され、中央通路は出口開口を持ち、出口開口は第１の摩擦面（５）を越えて突出しているピン（３）の部分に配置されていることを特徴とする請求項２２の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項２４】
中央通路は、ピン（３）が延びている方向において回転軸（６）に平行に延在する第１の部分を有していることを特徴とする請求項２３の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項２５】
中央通路は、第１の部分の末端からピン（３）の周面まで延びている端部を有していることを特徴とする請求項２４の摩擦攪拌溶接装置。
【請求項２６】
送り装置は、第１の摩擦面セグメント（４）における、出口開口を持つ摩擦面通路（１５）として設けられ、出口開口は第１の摩擦面（５）に配置されていることを特徴とする請求項２２乃至２５のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【請求項２７】
送り装置は、第１の摩擦面セグメント（４）とピン（３）との間に形成された内隙間により形成されていることを特徴とする請求項２２乃至２６のいずれかの摩擦攪拌溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピンと第１の摩擦面セグメントとを備えた摩擦攪拌溶接装置であって、前記ピンと第１の摩擦面セグメントは回転軸を中心に回転駆動され、前記第１の摩擦面セグメントは加工物上に載る第１の摩擦面を有する摩擦攪拌溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
摩擦溶接の原理は長年、従来技術から知られており、２つの加工物同士を接触線に沿って互いに押し付けながら、これらの加工物間の相対運動を行うことである。摩擦は、可塑化された区域を接触線に沿って発生させるので、相対運動が停止すると、可塑化領域は固化でき、加工物同士は互いに接合される。この手法は、特にアルミニウムやその合金を溶接する際に有利である。従来の溶接手法では、これらの材料は大気中の酸素と結合して、充分な強度の溶接シーム（溶接接合部）の形成を妨げる酸化物を形成する恐れがある。対照的に、この酸化物形成の破壊的作用は摩擦溶接時には起こらない。
【０００３】
しかしながら、摩擦溶接の１つの欠点として、接合対象である加工物同士の間に相対運動が必要とされる。このため特に、大きな加工物同士を接合する場合に問題が起こる。すなわち、加工物同士全体を保持し、互いに対し移動させなければならない装置と取付具が要求される、という問題である。この問題を回避するため、摩擦攪拌溶接（ＦＳＷ）への動きがあった。互いに隣接し、互いに溶接されるべき加工物同士の間の継ぎ目にピンを導入し、次にこのピンを回転させることは、特許文献１から知られており、このピンは加工物の材料より高い硬度と高い融点を持つものである。ピンの回転中に、加工物同士が互いに押し付けられので、ピンと加工物同士との摩擦が両加工物の縁部を可塑化させる。ピンを継ぎ目に沿って前方へ移動させると、可塑化された材料は再び固化する。このようにして、溶接シームを作ることが可能である。
【０００４】
継ぎ目の表面に近い領域においても充分な摩擦を達成するには、ピンの上方および／または下方に肩部を設けることが有利であることが証明されている。この肩部は、接合対象の加工物同士の表面に載せられ、ピンと共に材料に対し擦りつけられるものである。そのためには、肩部が加工物同士の上側と下側に別個に押し付けられる力を制御して、継ぎ目の断面部に熱を最適に分布させることが、特許文献２から知られている。
【０００５】
本発明の基礎である特許文献３は、上肩部および下肩部が加工物の表面に押し付けられる圧力と、加工物に対する肩部の位置を制御することを開示している。さらに、下肩部は離脱可能にピンに接続されているので、下肩部は容易に離脱でき、そのため、加工物同士が基部に載っている状況でも本装置は使用できる。
【０００６】
しかしながら、ピンと肩部の摩擦は加工物に色々な力を及ぼし、これらの力は加工物取付具で吸収されなければならない。摩擦攪拌溶接装置を従来のロボットに用いる場合、そのデザインのためロボットは、ピンと肩部により生成されて溶接シーム面に働く力を吸収するのに必要な安定性を持たない、という問題が起こることが多い。
【０００７】
もう一つの問題は、溶接シームの特性が温度分布と、ピン、肩部および加工物の間の摩擦により引き起こされる物質移動により決定されるということである。したがって、溶接シームの特性は、ピンと肩部の回転速度、およびピンが継ぎ目に沿って直線移動される速度を変えることによってのみ影響を受ける可能性があるので、この特性に影響を及ぼすという目標を達成するには困難が伴わざるを得ない。
【０００８】
最後に、従来技術から知られている摩擦攪拌溶接装置は、互いに接合する対象である加工物の特定の配置用に考えられており、他の形状に対しては使用できない。したがって、加工物の種類を変える場合には、摩擦攪拌溶接装置を変える事も必要であり、変更時間と関連費用がかかる。このため、摩擦攪拌溶接用の汎用できる装置を提供することが望まれる。
【０００９】
【特許文献１】国際公開第９３／１０９３５号パンフレット
【特許文献２】米国特許第６１９９７４５号明細書
【特許文献３】米国特許第６７５８３８２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は、ピン／摩擦面と加工物との摩擦により加工物に導入されるエネルギーをより良く設定するのに使用できる摩擦攪拌溶接装置を提供するという目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、加工物上に載る第１の内摩擦面を持つ第１の内セグメントが設けられ、第１の内セグメントはピンを囲み、第１の摩擦面セグメントは第１の内セグメントを囲み、第１の摩擦面セグメントは第１の内セグメントと独立に回転駆動される、という事実により達成される。
【００１２】
溶接中、第１の摩擦面は一般的に、駆動装置を持つ装置ホルダと加工物との間に配置されるので、“上”摩擦面と考えることができる。しかしながら、加工物がホルダと第１の摩擦面との間に配置されることも考えられ、この場合には、第１の摩擦面が加工物に“下から”当たっている。
【００１３】
第１の摩擦面を持つ第１の摩擦面セグメントとピンとは互いに独立して回転でき、その結果、摩擦により接合されるべき加工物同士の材料に導入されるエネルギーは、異なる回転速度を用いることにより表面と継ぎ目とで異なるように設定できる。特に、溶接シーム微細構造のより大きな均質性に関連する、その後の溶接シームの領域における均一な温度分布を達成することが可能となる。本発明に係る装置では特に、加工物の表面を介して導入されるエネルギーが接触表面を介して導入されるエネルギーと独立に設定されることが可能となる。さらに、溶接シームの領域における物質移動は、第１の摩擦面とピンの回転速度を別個に設定することにより制御できる。
【００１４】
ピンと第１の摩擦面とを互いに逆の方向に回転させると、溶接シームの特性に影響を与えることができるということとは別に、溶接シームが延びる方向面における、加工物に作用し摩擦から生じる力を低下させること、または消失させることができる。何故なら、ピンと第１の摩擦面により引き起こされた力が次に互いに逆方向に働くからである。その結果生じるモーメントは実質的に中和できる。この種の装置は、特に高い剛性を自身は持たない搬送システムと共に使用することもでき、そうでない場合に生じる比較的高いモーメントを吸収できる。そのため、従来のロボットが使用できる。
【００１５】
ピンを囲み、ピンより大きい外径を持つ第１の内セグメントは以下の効果を示す：一方ではピンと第１の内セグメント、他方では第１の摩擦面により加工物に及ぼされる力は、第１の摩擦面を持つ第１の摩擦セグメントがピンおよび第１の内セグメントと逆方向に回転すると、実質的に互いに相殺できる。ピンと共に回転し、直径がより大きく、加工物に当たる内摩擦面を持つ第１の内セグメントは特に、第１の摩擦面セグメントのはるかに大きい直径、およびこれに関連するより大きなトルクから生ずる効果を補償する。
【００１６】
第１の内セグメントがピンを収容するように、好ましくは、ピンは第１の内セグメントに接合されていてよく、この場合、特に好ましい実施形態においては、ピンと第１の内セグメントは一体に形成されており、その結果、それらの構造はいっそう単純になる。
【００１７】
さらに好ましい実施形態においては、回転可能であることに加え、ピンはピンが延びる方向に直線状に変位可能でもあり、この場合、定期的変位も起こると思われるので、ピンは、溶接シームが延びる方向に垂直の運動で接触面に沿って擦り付けることもできる。その結果、第１の摩擦面の平面における物質移動だけでなく、ピンが延びる方向における物質移動にも影響を与えることができる。
【００１８】
好ましい実施形態において、第１の摩擦面セグメントは第１の外セグメントにより囲まれていてもよい。第１の外セグメントが第１の摩擦面セグメントに対し回転自在であることも好ましい。これにより、第１の摩擦面の回転の結果、材料が溶接シームから投げ出されること、およびバリが形成されること、が防げる。材料が投げ出されると、溶接シームの厚さが隣接材料の厚さより少なくなり、その結果、溶接シームが時期尚早に駄目になり、破断点となる可能性がある。第１の外セグメントは、材料が投げ出されるのを止めるので、この性質の溶接シームの“形態”が弱化するのを防止するのに使用できる。
【００１９】
外セグメントを持つこの種の構造は、摩擦による熱で影響を受ける接合対象の加工物同士の間の継ぎ目周辺の領域を制限することができるので、この点でも利点がある。特に、第１の外セグメントが回転に関して固定的に配置されるので、加工物に対して回転せず、かつ好ましくは冷却される場合には、第１の摩擦面の外周内部で延びる加工物の領域だけが実質的に熱の影響を受ける。溶融される区域と影響を受けない区域との間の遷移区域の幅は特に、冷却された外セグメントによりできるだけ狭く保たれる。特に、この遷移領域が以降の破壊を受けやすいことが証明されているので、これは有益である。
【００２０】
さらに、本発明に係る装置は、国際公開第０１／３６１４４号パンフレットにより詳細に記載されているスポット溶接として知られているものを実行するのに用いることもできるように、ピンが延びる方向に第１の摩擦面セグメントが変位可能であることが好ましい。この場合、ピンが延びる方向に回転軸を中心に同様に変位可能であるピンは、重ねられた二つの加工物内に下げられ、この際、ピンは回転中であり、まず第１の加工物内に入り、次に第２の加工物内に入る。ピンの回転は、ピンを囲む加工物の区域を可塑化させ、可塑化材料はピンの下降運動により上昇される。もしも加工物からの摩擦面セグメントの離間運動がピンの加工物への進入運動と平行して起こると、排出された材料は摩擦面セグメントと外セグメントとの間に形成された環状空間に受容されることができる。次にピンが加工物から出されて後退されると、摩擦面セグメントは加工物に向かって下降できるので、可塑化材料はピンにより残された穴に押し戻される。この材料が次にピンにより形成された穴の中で固化すると、重ねられた加工物同士の間にスポット様の連結部ができる。このようにして、様々な接合形態に、したがって汎用的に使用できる摩擦攪拌溶接装置が提供される。
【００２１】
第１の摩擦面セグメントおよびピンが第１の駆動装置により駆動されるのが好ましく、この場合、第１の摩擦面とピンの回転速度と回転方向を互いに独立して設定する手段が設けられる。１つの駆動装置のみを用いることにより、装置の全体的大きさを小さく保つことができ、扱いやすさが保持される。好ましい実施形態では、ピンと第１の摩擦面の異なった回転方向が逆転機構により簡単に達成でき、この場合、全体的大きさをさらに減少させるには、かさ歯車機構を用いることがさらに好ましい。
【００２２】
本発明のさらに好ましい実施形態においては、第１の摩擦面を持つ第１の肩部に加え、装置は第２の摩擦面を持つ第２の肩部を持ち、第２の摩擦面は第１の摩擦面とは離れて配置され、第２の摩擦面は第１の摩擦面に向いている。さらに、第２の摩擦面は、ピンとは独立に回転可能である。第２の肩部も、加工物の位置を固定する担持面を、第１の摩擦面と反対の方向を向いている加工物の面上に設けている。第２の肩部も、装置が二重肩部ＦＳＷ法として知られている方法を行うことができるようにする。同様にピンと独立して回転する第２の摩擦面も、下側から溶接シームの特性に影響を与えるのに使用できる。
【００２３】
好ましくは、下肩部は同様に、ピンの回転方向と反対の回転方向で回転できるので、加工物に作用するモーメントを最小にできる。
【００２４】
また好ましくは、第１の摩擦面と第２の摩擦面との距離は可変でよいので、加工物は第１の肩部と第２の肩部との間に保持でき、摩擦面と加工物との間に作用する圧力は制御できる。
【００２５】
第１の肩部に類似した仕方で、第２の肩部も摩擦面セグメント、内セグメントおよび外セグメントを備えることができ、この場合、第１の肩部について既に説明した利点が達成できる。
【００２６】
第１の別法では、第２の摩擦面セグメントが同様に第１の駆動装置により回転でき、できるだけ小さな全体的サイズを持つ装置となる。しかしながら、第２の別法では、第２の摩擦面セグメントを駆動するのに用いられる第２の駆動装置を設けることも可能である。このように、第２の摩擦面は第１の摩擦面と独立に制御できるので、溶接シームの特性はより良好に設定できる。
【００２７】
さらに別の好ましい実施形態において、溶接シームに溶加材を導入するための出口開口を持つ通路がある。溶加材、特にスカンジウム粉末、は溶接シームの領域において攪拌区域の特性を故意に向上させるのに使用できる。さらに、溶加材を添加すると、溶接シームの領域において特殊合金が形成でき、溶接シームの品質が改善できる。この目的のため、金属粉末がピン内の通路を通して、および／または特に第１の摩擦面セグメントと第１の内セグメントとの隙間により形成されると思われる通路を通して、溶接シームに導入でき、それにより、加工物の材料と溶加材とが特に充分混合されるので、均質な溶接シームが得られる。
【００２８】
アルミニウムまたはその合金から作られた加工物同士の摩擦攪拌溶接の場合、溶加材は特に、銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、亜鉛または酸化アルミニウムでよい。この場合、銅は、溶接シームの領域における引張強度を増大させるという利点がある。マンガンは、延性の喪失を招かずに強度を増大させる。ケイ素を溶接シームの領域に導入すると、溶接シームを形成する材料の融点を低下させる。溶加材としてのマグネシウムは、接合される加工物同士のアルミニウムに比べ、溶接シームの材料の強度と耐食性を増大させる利点と関連する。亜鉛とマグネシウムも引張強さを向上させる。最後に、溶加材としての酸化アルミニウムは、表面硬さと耐磨耗性の向上と、強度の増大をもたらす。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下に、本発明を図面に基づき説明するが、この図面は好ましい実施形態を図示しただけである。
【００３０】
図１は、本発明の第１の実施形態を示す。摩擦攪拌溶接用の装置１Ａは、例えば継ぎ目に沿って案内可能であり、二つの加工物２、２’は継ぎ目に沿って互いに当たっている。装置１Ａはピン３と第１の摩擦面セグメント４からなり、第１の摩擦面セグメント４は円形リングの形状で構成されている。ピン３と第１の摩擦面セグメント４とは、共通の回転軸６を中心に回転駆動される。この状況で、一方では、ピン３と第１の摩擦面セグメント４とに別個の駆動装置を設けることが考えられる。しかしながら、ピン３と第１の摩擦面セグメント４との両方に共同の第１の駆動装置を用いることも可能である。
【００３１】
第１の摩擦面セグメント４は、加工物２、２’上に載る第１の摩擦面５を持つ。さらに、第１の内セグメント７があり、この第１の内セグメント７はピン３に接合され、第１の摩擦面セグメント４に囲まれており、第１の摩擦面セグメント４は第１の内セグメント７とは独立に、したがってピン３とは独立に、回転駆動される。さらにこの好ましい例示的実施形態において、第１の内セグメント７はピン３と一体に形成されている。第１の内セグメント７はピン３より直径が大きく、第１の内摩擦面８を持ち、第１の内摩擦面８は加工物２、２’上に載ることができる。第１の内セグメント７を持つピン３と第１の摩擦面セグメント４とは、互いに異なる回転速度で駆動可能である。特に、ピン３と第１の摩擦面セグメント４とは互いに反対の回転方向で回転駆動可能である。
【００３２】
ピン３と第１の摩擦面セグメント４とが互いに反対の回転方向で駆動されると、第１の内摩擦面８と共同してピン３により加工物２、２’に及ぼされるトルクは、第１の摩擦面５により加工物２、２’に及ぼされるトルクにより補償される。この補償は、加工物２、２’用のホルダがそのような高い力を吸収する必要がないことを意味する。この作用は、ピン３の周面に加え、ピン３より大きな周辺部を持つ第１の内摩擦面８も加工物２に摩擦力を及ぼすという事実により達成される。
【００３３】
さらに、装置１Ａは第１の外セグメント９を持ち、第１の外セグメント９は第１の摩擦面セグメント４を囲んでいる。第１の摩擦面セグメント４は第１の外セグメント９に対して回転自在であり、第１の外セグメント９は加工物２に対する回転については固定的に配置されているのが好ましい。この場合、第１の外セグメント９も冷却可能であるのが好ましく、それにより、導入される摩擦エネルギーの熱で影響を受ける加工物２の区域が限定される。
【００３４】
さらに、この点で好ましい実施形態においては、装置１Ａは第２の肩部を持ち、第２の肩部は第２の摩擦面１１を持つ第２の摩擦面セグメント１０からなる。第２の摩擦面１１は第１の摩擦面５から離れて配置されており、第１の摩擦面５に向いている。さらに、第２の摩擦面セグメント１０とピン３は、互いに独立に回転駆動される。特に、第２の摩擦面セグメント１０はピン３の回転方向と反対の回転方向に駆動可能であり、これは、加工物２、２’に及ぼされるトルクが互いに補償し合うことを保証するためである。加工物２、２’が摩擦面５および１６で締め付けられるよう、第１の摩擦面５と第２の摩擦面１１との距離は可変である。
【００３５】
さらに、この好ましい例示的実施形態においては、第２の肩部は第２の内セグメント１２を有し、第２の内セグメント１２は第２の摩擦面セグメント１０により囲まれ、加工物２、２’上に載る第２の内摩擦面１３を備えている。この場合、第２の内セグメント１２は同様に回転軸６を中心に回転駆動され、第１の内セグメント７と同様にトルクを補償するのに貢献する。
【００３６】
さらに、第２の肩部は第２の外セグメント１４を持ち、第２の外セグメント１４は加工物２に対する回転については固定的に配置されているのが好ましい。第２の外セグメント１４も冷却可能であるように構成され、それにより、熱で影響を受ける加工物２の区域が限定される。
【００３７】
第２の摩擦面セグメント１０、第２の内セグメント１２、第２の外セグメント１４を持つ、随意に設けられる第２の肩部は、以下を意味する：本発明に係る装置は、肩部が加工物２、２’の一面だけに載る従来のＦＳＷを実施するのに使用できるだけでなく、二重肩部ＦＳＷ溶接方法として知られている方法を実施するのにも使用できる。
【００３８】
本発明に係る装置１Ａは、接合面に隣接して配置された第１の加工物２および／または第２の加工物２’の区域が回転軸６を中心に回転するピン３により可塑化されるように、二つの加工物２、２’を接合面に沿って互いに接合するのに用いることができる。この状況において、図１に示すように、一方では、接合面が二つの加工物が互いに接触している継ぎ目に沿って延びていることが考えられる。この場合、回転軸６を中心に回転しているピン３と摩擦面セグメント４を持つ装置１Ａが接合面に沿って移動されるので、二つの加工物２、２’の一方または両方における接合面に隣接する区域が可塑化される。装置１Ａが接合面に沿って移動し続けるので、前に可塑化された区域は固化し、二つの加工物２、２’は互いとの連結部を形成する。既に述べたように、本発明に係る構造は、加工物２、２’のホルダに及ぼされる力を最小にする。
【００３９】
図２に図示した本発明に係る第２の実施形態は、第１の内セグメント７がピン３に固定的に接合されておらず、ピン３はピンが延びる方向に回転軸６に沿って直線状に変位可能である、という点で図１に示した実施形態と異なる。さらに、第１の摩擦面セグメント４はピン３が延びる方向に変位可能であり、特に加工物２、２’から離れて移動可能であるので、本発明に係る装置は“スポット溶接”として知られている溶接を行うのに使用できる。この場合、初めは第１の摩擦面５を越えて突出していないピン３は、重なっている２つの加工物のうち上方の加工物内に回転しながら下降し、同時に第１の摩擦面セグメント４は加工物２、２’から離れて移動されるので、ピン３により変位される材料は、第１の摩擦面セグメント４により残された、内セグメント７と外セグメント９との間の容積に入り込むことができる。次に、ピン３が加工物から引き抜かれると、第１の摩擦面セグメント４は加工物の方に戻されるので、材料はピン３により残された容積に押し戻される。このスポット溶接中、第２の摩擦面セグメント１０、第２の内セグメント１２、第２の外セグメント１４からなる第２の肩部は必要とされず、加工物は第１の外セグメント９により固定台上に保持される。
【００４０】
図３に示した、本発明に係る装置１Ｃの第３の実施形態は、図１に示した第１の例示的実施形態とは以下の点で異なる：溶加材がピン３、内セグメント１３、摩擦面セグメント４との摩擦により可塑化された区域に導入されるために、摩擦面通路１５が第１の摩擦面セグメント４に設けられている。
【００４１】
あるいは、図４に示す装置１Ｄの第４の例示的実施形態におけるように、溶接シームの内部に溶加材が同様に導入される中央通路をピン３内に設けることができる。装置１Ｄもピン３と第１の摩擦面セグメント４からなる。第１の摩擦面セグメント４は円形リングの形状で構成されており、ピン３を囲んでいる。この点で好ましい、この実施形態においては、送り装置はピン３の内部に通った中央通路として構成され、中央通路は、ピン３が延びている方向において回転軸６と平行に延設された第１の部分１６と、第１の部分１６の末端からピン３の周面まで延びた端部１７、１７’とを備えている。
【００４２】
アルミニウムまたはその合金から作られた加工物２の摩擦攪拌溶接の場合には、溶加材は特に銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、亜鉛または酸化アルミニウムでよい。
【００４３】
図５は、本発明に係る装置のための駆動装置の実施形態を図示している。この駆動装置は、第１のかさ歯車１８、第２のかさ歯車１９、第３のかさ歯車２０からなる逆転機構を持つ。第１のかさ歯車１８は第１の中空軸２１に接続され、第１の中空軸２１は第１の摩擦面セグメント４に接続されている。第２のかさ歯車１９は第２の中空軸２２上に配置され、第２の中空軸２２は内側に歯が切られている。外歯部２４を持つ領域を介して第２の中空軸２２と回転について固定的に接続されている軸２３は、中空軸２１および２２の内部に案内される。同時に、軸２３は中空軸２１、２２に対して軸方向に変位可能であるので、軸２３の末端に配置されたピン３は、第１の摩擦面セグメント４に対して軸方向に変位可能である。したがって、ピン３は、ピン３が延びる方向に直線的に変位でき、工程中回転駆動できる。さらに、軸２３は第１の接続片２３’を持っており、この第１の接続片２３’により逆転機構はモータと接続できる。
【００４４】
第３のかさ歯車２０は第１のかさ歯車１８と第２のかさ歯車１９との間に配置されており、第２の接続片２６を持つ接続軸２５に取り付けられている。かさ歯車１８、１９、２０は、接続片２３’、２６が回転されると、軸２３が第１の中空軸２１と反対の回転方向に回転するように、図示の様に互いに噛合う。駆動モータ（図示せず）は、摩擦攪拌溶接装置での空間条件によって、第１の接続片２３’または第２の接続片２６に設けられていてよい。
【００４５】
図に示した本発明に係る摩擦攪拌溶接装置は、様々な摩擦攪拌溶接方法に汎用的に使用できる。一方、第２の肩部に回転運動がなければ従来の摩擦攪拌溶接方法も可能である。さらに、第２の肩部を加えることにより、二重肩部摩擦攪拌溶接として知られているものを実施することができる。最後に、第２の実施形態によると、ピン３と第１の摩擦面セグメント４が回転軸６の方向に直線状に変位可能であるので、溶接スポットを作ることも可能である。したがって、長い変更時間と関連費用をかけずに様々な摩擦攪拌溶接方法の間で変更することが可能であり、溶接装置が高度に融通の利くものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】は本発明に係る摩擦攪拌溶接装置の第１の実施形態を示し、
【図２】は摩擦攪拌溶接装置の第２の実施形態を示し、
【図３】は摩擦攪拌溶接装置の第３の実施形態を示し、
【図４】は本発明に係る摩擦攪拌溶接装置の第４の実施形態を示し
【図５】は本発明に係る装置の駆動装置を示す。
【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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【外国語明細書】
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