(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ツール本体の先端部にツール本体よりも径小なピンを設け、上記ツール本体の先端面における上記ピン取付部の周辺をショルダとして構成した接合ツールを備え、上記接合ツールを、被接合部材の接合部に上記接合ツールを回転させながら挿入すると共に、上記被接合部材と上記接合ツールとを相対移動させ、上記ツールの回転による摩擦熱によって塑性流動を生ぜしめることにより接合を行う摩擦接合装置であって、上記接合ツールを上記被接合部材に押圧、接触させる付勢力を付与するエアシリンダと、エアシリンダに供給するエア圧を制御する２次圧一定形の減圧弁とを設け、さらに、上記被接合部材の接合部表面に垂直な軸心回りに回転可能な回転体を設け、上記接合ツールを上記回転体に傾斜状態で取付けたことを特徴とする摩擦接合装置。
【請求項２】
前記回転体は、特定回転位置に止定可能であることを特徴とする請求項１の摩擦接合装置。
【請求項３】
上記回転体を回転駆動するための駆動源を設けたことを特徴とする請求項１の摩擦接合装置。
【請求項４】
上記請求項３の摩擦接合装置を用い、上記接合方向の変化に上記駆動源を追従駆動し、接合方向の変化に応じて上記接合ツールの傾斜方向を変えながら接合を行うことを特徴とする摩擦接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は摩擦接合装置及び摩擦接合方法に関するものであって、特に接合ツールの回転による摩擦熱を利用した摩擦接合装置と摩擦接合方法とに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】
接合ツールの回転による摩擦熱を利用した摩擦接合方法は、例えば第２７１２８３８号特許公報にも記載されているように公知である。この摩擦接合方法は、図７に示すように、ツール本体１の先端部にそれよりも径小なピン２を設け、上記ツール本体１の先端面における上記ピン２の取付部の周辺をショルダ３として構成した接合ツールＴを用いる。そしてアルミニウム合金等の被接合部材Ｐの接合部に上記ピン２を回転させながら挿入すると共に、上記ショルダ３を上記接合部表面に接触させながら上記被接合部材Ｐと上記接合ツールＴとを相対移動させる。このとき上記接合ツールＴは、図７及び図８に示すように、被接合部材Ｔの表面に垂直な軸芯に対し、その先端側が接合進行方向の前方へと所定角度αだけ傾斜した状態に配置し、上記ショルダ３が接合進行方向の後方側の接合部表面に接触するようにしておく必要がある。そして上記接合ツールＴの回転によって摩擦熱が生じるが、この摩擦熱によって上記接合部及びその近傍の変形抵抗を減少させると共に、塑性流動を生ぜしめ、被接合部材Ｐの母材組織を攪拌し、冷却後に母材組織を一体化させることにより接合を行うのである。
【０００３】
図３には、上記のような摩擦接合方法を実施するための摩擦接合装置の全体の概略構成を示しているが、同図において、上記同様にＴは接合ツール、Ｐは被接合部材であり、この被接合部材Ｐは定盤４上に載置されている。また１０は自走式の門型フレームであり、この門型フレーム１０に上記接合ツールＴが取付けられている。１１は制御装置であり、この制御装置１１によって上記接合ツールＴを図中Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に駆動制御することにより接合作業を行うようにしているのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上記摩擦接合方法においては、上記したように、接合ツールＴは、その先端部を、接合の進行方向前方に傾斜させ、接合ツールＴのショルダ３でもってピン２の後方の接合部表面を押圧する必要がある。従って、図４や図５に示す継手の場合には、接合の進行と共に、接合ツールＴの傾斜方向を変化させる必要が生じる。しかしながら従来の摩擦接合装置においては、接合ツールＴは固定状態で支持されているため、このような場合に、その接合作業の実施に際して多大の手数を要するという欠点がある。例えば図４には円周継手の例を示しているが、従来の装置では、このような継手をそのまま接合することは不可能で、ターンテーブル等を用いて被接合部材Ｐを回転させる必要がある。従って、被接合部材Ｐのセッティングに多くの手数を要する。また図５には、車両側構体におけるドアパネルと腰板との継手を示しているが、このような継手の場合、ドアパネルの接合終了後に、被接合部材Ｐの設置方向の変更作業をした後、腰板の接合を行う必要がある。
【０００５】
この発明は上記した従来の欠点を解決するためになされたものであって、その目的は、接合方向が種々変化するような被接合部材の接合作業を高能率に行うことが可能な摩擦接合装置と摩擦接合方法とを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１の摩擦接合装置は、ツール本体の先端部にツール本体よりも径小なピンを設け、上記ツール本体の先端面における上記ピン取付部の周辺をショルダとして構成した接合ツールを備え、上記接合ツールを、被接合部材の接合部に上記接合ツールを回転させながら挿入すると共に、上記被接合部材と上記接合ツールとを相対移動させ、上記ツールの回転による摩擦熱によって塑性流動を生ぜしめることにより接合を行う摩擦接合装置であって、上記接合ツールを上記被接合部材に押圧、接触させる付勢力を付与するエアシリンダと、エアシリンダに供給するエア圧を制御する２次圧一定形の減圧弁とを設け、さらに、上記被接合部材の接合部表面に垂直な軸心回りに回転可能な回転体を設け、上記接合ツールを上記回転体に傾斜状態で取付けたことを特徴としている。また、請求項２の摩擦接合装置は、前記回転体は、特定回転位置に止定可能であることを特徴としている。
【０００７】
上記請求項１、及び請求項２の摩擦接合装置においては、回転体を回転させることによって、上記接合ツールもその回転軸心回りに回転するが、接合ツールは傾斜状態で取付けられているので、上記回転によってその傾斜方向を任意に選択できる。従って、接合方向に応じて接合ツールを傾斜させる作業を極めて簡単に行うことが可能である。また、このとき接合ツールは上記エアシリンダによって略一定の付勢力でもって被接合部材の表面に押圧、接触していることによって良好な接合品質を得ることが可能となる。上記回転体の回転は、手動によって行ってもよいが、請求項３のように、モータ等の駆動源を設けた場合には、接合ツールの傾斜方向の変更作業を一段と容易に行うことができる。
【０００８】
また請求項４の摩擦接合方法は、上記請求項３の摩擦接合装置を用い、上記接合方向の変化に上記駆動源を追従駆動し、接合方向の変化に応じて上記接合ツールの傾斜方向を変えながら接合を行うことを特徴としている。
【０００９】
請求項４の摩擦接合方法によれば、接合方向の変化に応じて上記接合ツールの傾斜方向が自動的に変化していくので、その途中で接合方向が変化するような接合作業を自動的に、かつ高能率に行うことが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の摩擦接合装置と摩擦接合方法との具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１１】
図１には上記接合ツールＴの取付構造（ヘッド部分の構造）の具体例を示している。まず上記門型フレーム１０は、Ｘ方向に自走するものであるが、この門型フレーム１０には、Ｙ方向（図１の紙面に直交する方向）に往復駆動される水平スライドフレーム１２がスライド機構１３を介して取付けられている。またこの水平スライドフレーム１２には、Ｚ方向に往復駆動される垂直スライドフレーム１４がスライド機構１５によって支持されている。上記水平スライドフレーム１２の上部には、モータ１６が取付けられており、このモータ１６によってボールネジ１７を介して上記垂直スライドフレーム１４を上下方向に駆動するようになっている。上記垂直スライドフレーム１４にはさらに、本体フレーム１８がスライド機構１９を介してＺ方向に移動可能に支持されている。そして上記本体フレーム１８に接合ヘッド２０が取付けられている。
【００１２】
上記接合ヘッド２０は、上下方向（Ｚ方向）に延びる支持筒体２１と、この支持筒体２１の内周部に一対のベアリング２２、２３によって回転可能に支持された回転筒体（回転体）２４とを有している。この回転筒体２４には、その軸心に対して一定角度αだけ傾斜した状態で、ツール支持部材２５が固定されている。２６、２７はツール支持部材２５の固定用のセットボルトである。また上記支持筒体２１の外周部にはモータ２８が上向きに取付けられ、その出力軸には小径ギア２９が取付けられている。一方上記回転筒体２４の上部外周部には大径ギア３０が形成されており、この大径ギア３０が上記小径ギア２９と噛合している。つまり上記モータ２８によって上記回転筒体２４と共に、上記ツール支持部材２５をＺ方向軸心回りに回転駆動可能としてあるのである。上記ツール支持部材２５はその頂部に接合ツールＴの駆動用モータ３１を備えており、またその下端部からは接合ツールＴが導出されている。なお３２、３３はガイドローラであり、上記接合ツールＴの接合進行方向の前後に配置されている。
【００１３】
一方、上記垂直スライドフレーム１４の上部には、エアシリンダ（バラストクションシリンダ）３４が取付けられている。そしてこのエアシリンダ３４にエアを供給するエア配管３５には、２次圧一定形の減圧弁３６が介設され、上記エアシリンダ３４の押圧力を略一定に保持するようなされている。なお上記減圧弁３５とエアシリンダ３４の出入口ポートとの間にはストップバルブ３７、３８が介設されている。そして上記垂直スライドフレーム１４に支持されている本体フレーム１８の頂部には、上記エアシリンダ３４のロッド３９の当接するジョイント（フローティングジョイント）４０が取付けられている。つまり図２にも示すように、上記エアシリンダ３４によって上記本体フレーム１８を介してツール支持部材２５を下方へと付勢し、これにより接合ツールＴを被接合部材Ｐに押圧、接触させているのである。
【００１４】
上記摩擦接合装置によれば、図７に示すように、アルミニウム合金等の被接合部材Ｐの接合部に上記ピン２を回転させながら挿入すると共に、上記ショルダ３を上記接合部表面に接触させながら上記接合ツールＴを移動させることにより、摩擦熱を利用した接合を行う。このとき接合ツールＴは上記エアシリンダ３４によって略一定の付勢力でもって被接合部材Ｐの表面に押圧、接触していることによって良好な接合品質を得ることが可能となる。すなわち良好な接合品質を得るためには、接合ツールＴのピン２の先端と被接合部材Ｐの裏面との間隔L1や、接合ツールＴのショルダ３と被接合部材Ｐの表面との位置関係L2（図７）を正確に保持する必要があるが、被接合部材Ｐと接合ツールＴとの位置関係が一定であれば、接合ツールＴが被接合部材Ｐから受ける反力は一定となるのであり、そのため逆に、接合ツールＴを付勢力が略一定になるように上記被接合部材Ｐに対して押圧、接触させれば、上記位置関係を略一定に保持できることになるのである。この結果、被接合部材Ｐの製作誤差による板厚変動や定盤へのセッティング誤差、あるいは定盤面の局部的な変形が存在しても、被接合部材Ｐと接合ツールＴとの位置関係は略一定に保たれ、良好な接合を行うことが可能となる。しかも従来のような接合ツールの動作プログラムの作成のために定盤面の計測等の余分な作業が不要であるので、高能率に接合作業を行うことが可能である。特にこの摩擦接合装置及び摩擦接合方法によれば、図２に示すように、接合線が板厚方向に大きく湾曲しているような継手において、接合ツールＴの押圧、付勢力を略一定にするような制御を行えば、接合ツールＴは自動的に上記湾曲形状を倣うことになるのであり、接合ツールＴは被接合部材Ｐに対して常に一定の位置関係を維持しながら、高品質な接合作業高能率に行うことが可能になる。
【００１５】
またこの摩擦接合方法においては、図７に示しているように、接合ツールＴは、その先端部を、接合の進行方向前方に傾斜させ、接合ツールＴのショルダ３でもってピン２の後方の接合部表面を押圧する必要がある。従って、図４や図５に示す継手の場合には、接合の進行と共に、接合ツールＴの傾斜方向を変化させる必要が生じる。このような場合に、上記摩擦接合装置によれば、モータ２８によって回転筒体２４を回転させれば、接合ツールＴの傾斜方向が順に変化していくことになるので、このような接合作業を連続的に行えるとの利点が生じる。すなわち図４に示す円周継手の場合には、接合ツールＴを、図３におけるＸ−Ｙ平面内で位置制御しながら、これにモータ２８を連動させれば、接合ツールＴの移動に伴って接合ツールＴの傾斜方向も変化していくことになり、これにより円周継手を連続的に接合することが可能となる。また図５に示す車両側構体におけるドアパネルと腰板との継手の場合、各接合線の接合を終了する度毎に、上記モータ２８によって上記回転筒体２４を９０°づつ回転していけば、接合ツールＴの移動方向に応じてその傾斜方向を変更できるので、被接合部材Ｐの再セッティング作業が不要となり、高能率な接合作業が行えることになる。そしてこのとき、図６（ａ）に示すように、接合ツールＴの先端芯Ｏを回転軸として回転（ジャイロ運動）させるようにすれば、接合ツールＴが回転しても接合位置が変動しないので、実用上は好ましい。なお接合ツールＴの先端芯Ｏと回転軸とが一致しない場合には、図６（ｂ）のように接合位置が変化する。
【００１６】
なお上記回転筒体２４は上記のようにモータ２８を駆動源として駆動する他、手動式で回転させるようにしてもよく、また任意の回転位置において止定し、その位置を保持するのは、上記モータ２８のトルクを利用する他、機械的なロック装置を用いることも可能である。また上記では、接合ツールＴの駆動用モータ３１も含めたツール支持部材２５の全体を回転筒体２４に支持しているが、この駆動用モータ３１まで含めて傾斜させる必要はない。
【００１７】
【発明の効果】
上記請求項１、及び請求項２の摩擦接合装置においては、接合ツールの傾斜方向を任意に選択でき、従って、接合方向に応じて接合ツールを傾斜させる作業を極めて簡単に行うことが可能であり、その途中で接合方向が変化するような接合作業を高能率に行うことが可能である。また、このとき接合ツールは上記エアシリンダによって略一定の付勢力でもって被接合部材の表面に押圧、接触していることによって良好な接合品質を得ることが可能となる。
【００１８】
また請求項３のように、モータ等の駆動源を設けた場合には、接合ツールの傾斜方向の変更作業を一段と容易に行うことができ、接合作業を一段と高能率に行うことが可能となる。
【００１９】
さらに請求項４の摩擦接合方法によれば、接合方向の変化に応じて上記接合ツールの傾斜方向が自動的に変化していくので、その途中で接合方向が変化するような接合作業を自動的に、かつ高能率に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の摩擦接合装置の実施形態のヘッド部分における接合ツールの取付構造の概略構成を示す説明図である。
【図２】上記摩擦接合装置の要部を模式的に示す説明図である。
【図３】摩擦接合装置の全体の構造を示す説明図である。
【図４】この発明の摩擦接合装置及び摩擦接合方法の適用例を示す説明図である。
【図５】この発明の摩擦接合装置及び摩擦接合方法の他の適用例を示す説明図である。
【図６】上記摩擦接合装置における接合ツールと回転軸との関係を示す説明図で、（ａ）は接合ツールの先端芯と回転軸とが略一致している状態を、また（ｂ）は接合ツールの先端芯と回転軸とが一致していない状態をそれぞれ示している。
【図７】従来の摩擦接合方法を説明するための説明図である。
【図８】従来の摩擦接合方法を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１    ツール本体
２    ピン
３    ショルダ
２４    回転筒体（回転体）
２８    モータ（駆動源）
Ｔ    接合ツール
Ｐ    被接合部材
【図１】
0004215179.tif 000002
【図２】
0004215179.tif 000003
【図３】
0004215179.tif 000004
【図４】
0004215179.tif 000005
【図５】
0004215179.tif 000006
【図６】
0004215179.tif 000007
【図７】
0004215179.tif 000008
【図８】
0004215179.tif 000009