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JP4366257B2 - Friction stir welding equipment - Google Patents

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JP4366257B2 JP2004192758A JP2004192758A JP4366257B2 JP 4366257 B2 JP4366257 B2 JP 4366257B2 JP 2004192758 A JP2004192758 A JP 2004192758A JP 2004192758 A JP2004192758 A JP 2004192758A JP 4366257 B2 JP4366257 B2 JP 4366257B2
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Description

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。   The present invention relates to a friction stir welding apparatus for joining laminated portions formed by laminating a plurality of members.

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、スポット溶接が一般的であるが、近年、摩擦撹拌接合によって接合することが提案されている。そのように一部分を摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置としては、例えば、特許文献1に記載されたものが挙げられる。   As a method of laminating members and joining the laminated portions, spot welding is common, but in recent years, joining by friction stir welding has been proposed. As such a friction stir welding apparatus that performs friction stir welding of a part, for example, the one described in Patent Document 1 can be cited.

図5に概略を示すこの種の摩擦撹拌接合装置1は、摩擦撹拌接合用工具2を回転動作させる回転動作用モータ(図示せず)と、該摩擦撹拌接合用工具2を図5における上下方向に直進的に変位させる変位モータ(図示せず)とを有する。なお、回転動作用モータはケーシング3内に収容されており、変位モータはサブケーシング4内に収容されている。すなわち、摩擦撹拌接合装置1においては、摩擦撹拌接合用工具2及び回転動作用モータが同一軸線上に配置されている。   This type of friction stir welding apparatus 1 schematically shown in FIG. 5 includes a rotation operation motor (not shown) for rotating the friction stir welding tool 2 and the friction stir welding tool 2 in the vertical direction in FIG. And a displacement motor (not shown) for linearly displacing. The rotation motor is accommodated in the casing 3, and the displacement motor is accommodated in the sub casing 4. That is, in the friction stir welding apparatus 1, the friction stir welding tool 2 and the rotation operation motor are arranged on the same axis.

この摩擦撹拌接合装置1で摩擦撹拌接合を行うに際しては、下方に配置された受部5に積層部6を載置し、回転動作する摩擦撹拌接合用工具2を前記変位モータの作用下に積層部6に指向して下降動作させ、最終的に該摩擦撹拌接合用工具のプローブを積層部6に埋没させる。この埋没に伴って、積層部6の肉が撹拌される。換言すれば、肉が塑性流動される。   When performing friction stir welding with the friction stir welding apparatus 1, the laminated portion 6 is placed on the receiving portion 5 disposed below, and the friction stir welding tool 2 that rotates is laminated under the action of the displacement motor. The probe 6 of the friction stir welding tool is finally buried in the laminated portion 6 while moving downward toward the portion 6. Along with this burying, the meat of the laminated portion 6 is agitated. In other words, the meat is plastically flowed.

特許第3429475号公報Japanese Patent No. 3429475

上記したように、摩擦撹拌接合用工具2及び回転動作用モータを同一軸線上に配置した場合、積層する部材が図5に実線L1で示したような形状であれば摩擦撹拌接合を容易に実施することができる。しかしながら、部材が仮想線L2や仮想線L3で示すような形状を有している場合、該部材がケーシング3等に干渉するため、接合しようとする積層部6を摩擦撹拌接合用工具2の下方に配置することが困難となるという不具合が生じる。   As described above, when the friction stir welding tool 2 and the motor for rotation operation are arranged on the same axis, the friction stir welding is easily performed if the members to be stacked are in the shape shown by the solid line L1 in FIG. can do. However, when the member has a shape as indicated by the imaginary line L2 or the imaginary line L3, the member interferes with the casing 3 or the like, so that the laminated portion 6 to be joined is below the friction stir welding tool 2. The problem that it becomes difficult to arrange | position to this arises.

また、積層された部材同士の間に間隙が残留した状態であると、摩擦撹拌接合を行う際、図6に示すように、摩擦撹拌接合用工具2の角部が押圧して摺接する上側のワークWの肉厚が小さくなり、場合によっては孔部が形成されてしまう。このため、上側のワークWの強度が低下するという不具合が惹起される。   Further, when the gap remains between the stacked members, when performing friction stir welding, as shown in FIG. 6, the corner portion of the friction stir welding tool 2 is pressed and slidably contacted. The thickness of the workpiece W is reduced, and a hole is formed in some cases. For this reason, the malfunction that the intensity | strength of the upper workpiece | work W falls is caused.

さらに、この場合、積層部6を載置する受部5が平坦であるため、該積層部6の上端面側からプローブ7が埋没されて肉が塑性流動を起こしても、その肉が下端面側から突出することはできない。すなわち、プローブ7を埋没させても肉が流動し難いので、プローブ7を埋没させた分の肉が上端面側にバリとして流出することになる。従って、バリを切削する仕上げ工程が必要となるとともに、プローブ7を埋没させた箇所の肉厚が小さくなるので、積層部6の接合強度が十分でなくなるという不具合を招く。   Furthermore, in this case, since the receiving part 5 on which the laminated part 6 is placed is flat, even if the probe 7 is buried from the upper end surface side of the laminated part 6 and the meat causes plastic flow, the meat is still on the lower end face. It cannot protrude from the side. That is, since the meat hardly flows even if the probe 7 is buried, the meat for which the probe 7 is buried flows out as burrs on the upper end surface side. Accordingly, a finishing process for cutting burrs is required, and the thickness of the portion where the probe 7 is buried becomes small, which causes a problem that the bonding strength of the laminated portion 6 becomes insufficient.

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、接合する部材と干渉することを回避することが可能であり、しかも、部材の肉厚を減少させることを回避することも可能であり、また、接合強度が優れた積層部が得られる摩擦撹拌接合装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to avoid interference with the members to be joined, and it is also possible to avoid reducing the thickness of the members. Another object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus capable of obtaining a laminated portion having excellent bonding strength.

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、
端部に前記積層部を載置するための載置部材が設けられた第1アームと、
ガイド部材を介して前記第1アームに連結された第2アームと、
前記第2アームの先端部に配設された摩擦撹拌接合用工具と、
前記第2アームに回転可能及び変位可能に設けられ、且つ、回転動作することで前記第1アームに対して接近又は離間する方向に変位することによって、前記第2アームを前記ガイド部材に案内させながら前記第1アームに接近又は離間する方向に変位させる回転部材と、
前記回転部材と前記摩擦撹拌接合用工具とを同期して回転動作させるためのベルト部材と、
前記回転部材を回転動作させる変位回転手段と、
を有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is a friction stir welding apparatus for friction stir welding a laminated portion formed by laminating a plurality of members,
A first arm provided with a placement member for placing the laminated portion on the end;
A second arm connected to the first arm via a guide member;
A friction stir welding tool disposed at the tip of the second arm;
The second arm is rotatably and displaceable, and is rotated in a direction to approach or separate from the first arm, thereby causing the guide member to guide the second arm. A rotating member that is displaced in a direction toward or away from the first arm,
A belt member for synchronously rotating the rotating member and the friction stir welding tool;
Displacement rotating means for rotating the rotating member;
It is characterized by having.

本発明においては、摩擦撹拌接合用工具が該摩擦撹拌接合用工具を回転動作させる回転手段から離間した位置に配設されている。換言すれば、摩擦撹拌接合用工具と回転手段とが同一軸線上に配設されていない。このような構成とすることにより、摩擦撹拌接合装置の長手方向の寸法が小さくなる。このため、ワークが摩擦撹拌接合装置に干渉することを回避することができる。換言すれば、摩擦撹拌接合を施すことができるワークの種類が増大する。   In the present invention, the friction stir welding tool is disposed at a position separated from the rotating means for rotating the friction stir welding tool. In other words, the friction stir welding tool and the rotating means are not arranged on the same axis. By setting it as such a structure, the dimension of the longitudinal direction of a friction stir welding apparatus becomes small. For this reason, it can avoid that a workpiece | work interferes with a friction stir welding apparatus. In other words, the types of workpieces that can be subjected to friction stir welding increase.

なお、この場合、回転手段がベルト部材を介して摩擦撹拌接合用工具を回転動作させるので、回転手段から離間した摩擦撹拌接合用工具を容易に回転動作させることができる。   In this case, since the rotating means rotates the friction stir welding tool via the belt member, the friction stir welding tool separated from the rotating means can be easily rotated.

本発明によれば、摩擦撹拌接合用工具が工具回転動作手段から離間した位置に配設されるので、積層されたワークの形状に関わらず、該ワークと摩擦撹拌接合装置とが干渉することを回避することができる。   According to the present invention, since the friction stir welding tool is disposed at a position separated from the tool rotating operation means, the workpiece and the friction stir welding apparatus interfere with each other regardless of the shape of the stacked workpieces. It can be avoided.

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。   Preferred embodiments of the friction stir welding apparatus according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.

本実施の形態に係る摩擦撹拌接合装置の概略全体縦断面図を図1に示す。この摩擦撹拌接合装置10は、図示しない多関節ロボットのアームの先端に連結されることによって位置決め固定された第1アーム12と、該第1アーム12に対して接近又は離間する第2アーム14と、第1アーム12と第2アーム14とを連結するガイドバー16a、16bと、第2アーム14の先端部に配設された摩擦撹拌接合用工具18と、第2アーム14を該第1アーム12に対して接近又は離間させるためのロッド20と、このロッド20を回転動作させて摩擦撹拌接合用工具18を変位させるとともに回転動作させるための変位回転モータ24とを有する。 A schematic overall longitudinal sectional view of the friction stir welding apparatus according to the present embodiment is shown in FIG. The friction stir welding apparatus 10 includes a first arm 12 that is positioned and fixed by being connected to a tip of an arm of an articulated robot (not shown), and a second arm 14 that approaches or separates from the first arm 12. The guide bars 16a and 16b that connect the first arm 12 and the second arm 14, the friction stir welding tool 18 disposed at the tip of the second arm 14, and the second arm 14 are connected to the first arm. having a rod 20 for closer or away from the 12, and a displacement rotary motor 24 for causing rotation operation together when displacing the friction stir welding tool 18 the rod 20 by rotation.

第1アーム12は、図1の右方に向かうにつれて幅が徐々に大きくなる長尺部28と、断面略台形状のエルボ部30とを有し、このうち、長尺部28の図1における左端部には、図2に示すように、第1ワークW1と第2ワークW2とを積層して形成された積層部32を載置するための載置部材34が位置決め固定されている。そして、この載置部材34の上端面略中央部には、中空円筒体形状の凹部36が設けられている。   The first arm 12 has a long portion 28 whose width gradually increases toward the right in FIG. 1 and an elbow portion 30 having a substantially trapezoidal cross section, and of these, the long portion 28 in FIG. As shown in FIG. 2, a placement member 34 for placing a laminated portion 32 formed by laminating the first workpiece W1 and the second workpiece W2 is positioned and fixed at the left end portion. In addition, a hollow cylindrical body-shaped concave portion 36 is provided in a substantially central portion of the upper end surface of the mounting member 34.

一方、エルボ部30には貫通孔38a、38bが設けられており、各貫通孔38a、38bには、ガイドバー16a、16bの小径部40a、40bが通されている。また、エルボ部30の下端面には、貫通孔38a、38bに連通する凹部42a、42bが設けられており、これら凹部42a、42bに挿入されたボルト44a、44bは、小径部40a、40bの先端部に螺合されている。すなわち、小径部40a、40bがボルト44a、44bの頭部で堰止されることにより、該小径部40a、40bの貫通孔38a、38bからの抜け止めがなされている。   On the other hand, the elbow part 30 is provided with through holes 38a and 38b, and the small diameter parts 40a and 40b of the guide bars 16a and 16b are passed through the through holes 38a and 38b. Moreover, the lower end surface of the elbow part 30 is provided with recesses 42a and 42b communicating with the through holes 38a and 38b, and the bolts 44a and 44b inserted into the recesses 42a and 42b are provided on the small diameter parts 40a and 40b. Screwed into the tip. That is, the small diameter portions 40a and 40b are blocked by the heads of the bolts 44a and 44b, thereby preventing the small diameter portions 40a and 40b from coming off from the through holes 38a and 38b.

第2アーム14の左端部における第1アーム12を臨む側の端面に設置された摩擦撹拌接合用工具18は、図2に示すように、回転体48と、該回転体48の先端に設けられてねじ部50を有するプローブ52とを具備し、このうち、回転体48はロッド20に連結されている。また、プローブ52としては、その直径が凹部36の開口径に比して小さいものが選定される。   As shown in FIG. 2, the friction stir welding tool 18 installed on the end surface facing the first arm 12 at the left end of the second arm 14 is provided on the rotating body 48 and the tip of the rotating body 48. And a probe 52 having a threaded portion 50, and the rotary body 48 is connected to the rod 20. As the probe 52, a probe whose diameter is smaller than the opening diameter of the recess 36 is selected.

摩擦撹拌接合用工具18の周囲には、その下端面で積層部32を押圧する押圧部材56が配置されている。換言すれば、摩擦撹拌接合用工具18は、押圧部材56によって囲繞されている。勿論、押圧部材56の下端面には貫通孔58が設けられており、摩擦撹拌接合用工具18のプローブ52は、この貫通孔58から突出する。   Around the friction stir welding tool 18, a pressing member 56 that presses the laminated portion 32 at its lower end surface is disposed. In other words, the friction stir welding tool 18 is surrounded by the pressing member 56. Of course, a through hole 58 is provided in the lower end surface of the pressing member 56, and the probe 52 of the friction stir welding tool 18 protrudes from the through hole 58.

押圧部材56の先端部の直径は、必要以上に広範囲に積層部32を押圧して上側の第2ワークW2に設けられた湾曲部Rや屈曲部等を平坦にすることを回避するべく、中腹部に比して小さく設定されている。すなわち、押圧部材56には、小径部60と大径部62とが設けられている。   The diameter of the tip portion of the pressing member 56 is set so that the curved portion R and the bent portion provided on the second work W2 on the upper side are flattened by pressing the stacked portion 32 over a wider range than necessary. It is set smaller than the abdomen. That is, the pressing member 56 is provided with a small diameter portion 60 and a large diameter portion 62.

大径部62の上端部には、該上端部が直径外方向に指向して屈曲されることによって環状段部64が設けられている。この環状段部64は、コイルスプリング66を収容するスプリングカバー68の下端部に設けられた環状堰止部70によって堰止され、これにより、押圧部材56のスプリングカバー68からの抜け止めがなされている。   An annular stepped portion 64 is provided at the upper end portion of the large-diameter portion 62 by bending the upper end portion toward the outer diameter direction. The annular step portion 64 is blocked by an annular blocking portion 70 provided at the lower end portion of the spring cover 68 that accommodates the coil spring 66, thereby preventing the pressing member 56 from coming off from the spring cover 68. Yes.

回転体48は、回転体カバー72に収容されている。この回転体カバー72の上端部には、該回転体カバー72の長手方向(鉛直方向)から水平方向に指向して屈曲形成された環状連結代74が設けられており、該環状連結代74は、図示しないボルトによってスプリングカバー68の側周壁に連結固定されている。   The rotating body 48 is accommodated in the rotating body cover 72. The upper end portion of the rotating body cover 72 is provided with an annular coupling allowance 74 that is bent toward the horizontal direction from the longitudinal direction (vertical direction) of the rotating body cover 72. These are connected and fixed to the side peripheral wall of the spring cover 68 by bolts (not shown).

回転体カバー72と回転体48の上部との間にはベアリング76が介装されており、このベアリング76が存在することによって、回転体カバー72やスプリングカバー68が回転動作することが防止される。なお、図2中、参照符号78は、ブッシュを示す。   A bearing 76 is interposed between the rotating body cover 72 and the upper part of the rotating body 48, and the presence of the bearing 76 prevents the rotating body cover 72 and the spring cover 68 from rotating. . In FIG. 2, reference numeral 78 denotes a bush.

前記コイルスプリング66の下端部は押圧部材56における環状段部64の上端面に着座し、一方、上端部は回転体カバー72における環状連結代74の下端面に着座している。従って、押圧部材56は、コイルスプリング66によって第1アーム12側に指向して弾発付勢されている。なお、上記したように、押圧部材56の環状段部64がスプリングカバー68の環状堰止部70で堰止されることによって、押圧部材56のスプリングカバー68からの抜け止めがなされている。   The lower end portion of the coil spring 66 is seated on the upper end surface of the annular step portion 64 of the pressing member 56, while the upper end portion is seated on the lower end surface of the annular coupling allowance 74 of the rotating body cover 72. Accordingly, the pressing member 56 is elastically biased toward the first arm 12 side by the coil spring 66. As described above, the annular stepped portion 64 of the pressing member 56 is blocked by the annular blocking portion 70 of the spring cover 68, so that the pressing member 56 is prevented from coming off from the spring cover 68.

回転体48の上部は、該回転体48に比して大径な回転軸80に連結されている。また、この回転軸80の側周壁には、タイミングベルト82が巻回された小プーリ84が嵌合されている。   The upper portion of the rotating body 48 is connected to a rotating shaft 80 having a diameter larger than that of the rotating body 48. A small pulley 84 around which a timing belt 82 is wound is fitted on the side peripheral wall of the rotating shaft 80.

なお、回転軸80は、第2アーム14の左端部に設けられた貫通孔86に挿入されている。回転軸80と第2アーム14との間にはベアリング88が介装されており、このため、回転軸80の回転動作が第2アーム14によって妨げられることはない。   The rotating shaft 80 is inserted into a through hole 86 provided at the left end portion of the second arm 14. A bearing 88 is interposed between the rotating shaft 80 and the second arm 14, and therefore, the rotating operation of the rotating shaft 80 is not hindered by the second arm 14.

第2アーム14において、第1アーム12のエルボ部30の貫通孔38a、38bに対応する部位には貫通孔90a、90bが設けられており、これら貫通孔90a、90bには、ブッシュ92及びベアリング94を介して前記ガイドバー16a、16bが通されている。   In the second arm 14, through holes 90 a and 90 b are provided in portions corresponding to the through holes 38 a and 38 b of the elbow part 30 of the first arm 12. The through holes 90 a and 90 b include a bush 92 and a bearing. The guide bars 16 a and 16 b are passed through 94.

また、貫通孔90a、90bの間には、さらに貫通孔96が設けられており、この貫通孔96には、ベアリング98を介して前記ロッド20が通されている。そして、貫通孔96から突出したロッド20の先端面には、ボルト100を介して大プーリ104が連結されている。前記タイミングベルト82は、この大プーリ104に巻回されている。   Further, a through hole 96 is further provided between the through holes 90 a and 90 b, and the rod 20 is passed through the through hole 96 through a bearing 98. A large pulley 104 is connected to the distal end surface of the rod 20 protruding from the through hole 96 via a bolt 100. The timing belt 82 is wound around the large pulley 104.

ここで、ロッド20の先端部及び略中腹部の双方には、大径部106、108がそれぞれ突出形成されており、これら大径部106、108によって、第2アーム14における貫通孔96の両開口部近傍の部位が挟持されるに至る。   Here, large-diameter portions 106 and 108 are formed so as to project from both the distal end portion and the substantially mid-abdominal portion of the rod 20, and both the through-holes 96 in the second arm 14 are formed by the large-diameter portions 106 and 108. A part near the opening is sandwiched.

第2アーム14の右端部上方には、前記ガイドバー16a、16bを介してケーシング110が連結されている。すなわち、ケーシング110は、上部がテーパ状に縮径した大径部112を有し、ガイドバー16a、16bは、該大径部112に設けられた貫通孔114a、114bに挿入されている。そして、大径部112のテーパ面には凹部116a、116bが設けられており、該凹部116a、116bに挿入されたボルト118a、118bがガイドバー16a、16bの頭部に螺合されている。   A casing 110 is connected above the right end of the second arm 14 via the guide bars 16a and 16b. That is, the casing 110 has a large-diameter portion 112 whose upper portion is reduced in a tapered shape, and the guide bars 16 a and 16 b are inserted into through holes 114 a and 114 b provided in the large-diameter portion 112. The tapered surface of the large diameter portion 112 is provided with recesses 116a and 116b, and bolts 118a and 118b inserted into the recesses 116a and 116b are screwed into the heads of the guide bars 16a and 16b.

なお、ガイドバー16a、16bには、貫通孔114a、114bに比して大径のワッシャ120a、120bが嵌合されており、該ワッシャ120a、120bがケーシング110を堰止することによって該ケーシング110が位置決めされている。   The guide bars 16a and 16b are fitted with washers 120a and 120b having a diameter larger than that of the through holes 114a and 114b. The washers 120a and 120b block the casing 110 so that the casing 110 Is positioned.

また、ケーシング110とロッド20の上端部との間には、リニアロータリブッシュ122とベアリング124とが介装されている。このうち、リニアロータリブッシュ122の上端面は前記変位回転モータ24に連結されており、従って、リニアロータリブッシュ122は、該変位回転モータ24が回転付勢されることに伴って、ロッド20、ひいては大プーリ104とともに回転動作する。   A linear rotary bush 122 and a bearing 124 are interposed between the casing 110 and the upper end of the rod 20. Among these, the upper end surface of the linear rotary bushing 122 is connected to the displacement rotary motor 24. Accordingly, the linear rotary bushing 122 is driven by the rod 20 and by extension as the displacement rotary motor 24 is urged to rotate. It rotates with the large pulley 104.

中空円柱体であるロッド20は、ケーシング110の内部でねじ用ナット130が回転動作することに伴って下降・上昇動作する。すなわち、ねじ131にはねじ用ナット130のねじ部132が通されており、該ねじ用ナット130の連結代134がロッド20の上端部に連結されている。このため、ねじ用ナット130が回転動作してねじ131に案内されながら下降・上昇動作することによって、該ねじ用ナット130の連結代134に連結されたロッド20が下降・上昇動作する。   The rod 20, which is a hollow cylindrical body, moves down and as the screw nut 130 rotates inside the casing 110. That is, a screw portion 132 of a screw nut 130 is passed through the screw 131, and a connection allowance 134 of the screw nut 130 is connected to the upper end portion of the rod 20. Therefore, the screw nut 130 rotates and moves down and up while being guided by the screw 131, so that the rod 20 connected to the connecting margin 134 of the screw nut 130 moves down and up.

ねじ131は、その上端部がケーシング114に連結固定されており、このため、該ねじ131が回転動作することはない。   The upper end portion of the screw 131 is connected and fixed to the casing 114, and therefore the screw 131 does not rotate.

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。   The friction stir welding apparatus 10 according to the present embodiment is basically configured as described above. Next, the function and effect will be described.

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32まで摩擦撹拌接合装置10を移動させ、該積層部32を、載置部材34と摩擦撹拌接合用工具18のプローブ52との間に配置させる。この際、摩擦撹拌接合用工具18が、変位回転モータ24から離間して配置されているので、図3に仮想線で示すような形状のワークを接合する場合であっても、該ワークが摩擦撹拌接合装置10に干渉することがない。このように、摩擦撹拌接合用工具18を、変位回転モータ24の軸線から離間して配設することにより、摩擦撹拌接合するワークの形状の自由度が増加する。換言すれば、ワークの形状に関わりなく摩擦撹拌接合を実施することができるようになる。   The articulated robot moves the friction stir welding apparatus 10 to the laminated portion 32 in which the first workpiece W1 and the second workpiece W2 are laminated, and the laminated portion 32 is moved between the mounting member 34 and the friction stir welding tool 18. It arrange | positions between the probes 52. At this time, since the friction stir welding tool 18 is disposed away from the displacement rotation motor 24, the workpiece is frictionally applied even when a workpiece having a shape shown by a virtual line in FIG. 3 is joined. There is no interference with the stir welding apparatus 10. Thus, by disposing the friction stir welding tool 18 away from the axis of the displacement rotation motor 24, the degree of freedom of the shape of the workpiece to be friction stir welded increases. In other words, the friction stir welding can be performed regardless of the shape of the workpiece.

なお、この場合、第1ワークW1及び第2ワークW2としては、JIS記号の数字が5000番台であるいわゆる5000系のアルミニウムからなるものが選定される。   In this case, as the first workpiece W1 and the second workpiece W2, those made of so-called 5000 series aluminum whose JIS symbol number is in the 5000 range are selected.

次に、変位回転モータ24が回転付勢され、これによりねじ用ナット130が回転動作する。この回転動作に伴ってねじ用ナット130が下降動作し、その結果、該ねじ用ナット130に連結されたロッド20が下降動作する。これに追従して、ロッド20の両大径部に挟持された第2アーム14がガイドバー16a、16bに案内されながら下降動作することによって、該第2アーム14が第1アーム12に指向して接近する。最終的に、積層部32は、図2及び図3に示すように、載置部材34と押圧部材56とで挟持され、この際に載置部材34の凹部36を覆う。   Next, the displacement rotation motor 24 is urged to rotate, whereby the screw nut 130 rotates. With this rotation operation, the screw nut 130 is lowered, and as a result, the rod 20 connected to the screw nut 130 is lowered. Following this, the second arm 14 held between both large diameter portions of the rod 20 moves downward while being guided by the guide bars 16a and 16b, so that the second arm 14 is directed to the first arm 12. Approach. Finally, as shown in FIGS. 2 and 3, the stacked portion 32 is sandwiched between the mounting member 34 and the pressing member 56, and covers the recess 36 of the mounting member 34 at this time.

ロッド20の下降動作がさらに続行されると、積層部32によって押圧部材56が押圧される。これによりコイルスプリング66(図2参照)が収縮されて押圧部材56が上昇動作し、その結果、摩擦撹拌接合用工具18のプローブ52が押圧部材56の貫通孔に到達する。   When the lowering operation of the rod 20 is further continued, the pressing member 56 is pressed by the stacked portion 32. As a result, the coil spring 66 (see FIG. 2) is contracted and the pressing member 56 moves upward. As a result, the probe 52 of the friction stir welding tool 18 reaches the through hole of the pressing member 56.

その一方で、変位回転モータ24が回転付勢されることにより、該変位回転モータ24に連結されているリニアロータリブッシュ122が回転動作することに追従して大プーリ104が回転動作し、結局、該大プーリ104に巻回されたタイミングベルト82を介して小プーリ84(図2参照)、回転軸80、及び摩擦撹拌接合用工具18が回転動作する。   On the other hand, when the displacement rotation motor 24 is urged to rotate, the large pulley 104 rotates following the rotation of the linear rotary bush 122 connected to the displacement rotation motor 24. The small pulley 84 (see FIG. 2), the rotary shaft 80, and the friction stir welding tool 18 rotate through the timing belt 82 wound around the large pulley 104.

回転動作する摩擦撹拌接合用工具18のプローブ52が積層部32の上端面に摺接することにより、該積層部32に摩擦熱が発生する。このため、積層部32におけるプローブ52の当接箇所及びその近傍が軟化し、図3及び図4に示すように、プローブ52が積層部32に埋没する。その結果、積層部32の肉が凹部36に流入する。上記したように、凹部36の水平断面の直径がプローブ52の直径に比して大きいため、この流入は容易に進行する。   When the probe 52 of the friction stir welding tool 18 that rotates is brought into sliding contact with the upper end surface of the laminated portion 32, frictional heat is generated in the laminated portion 32. For this reason, the contact part of the probe 52 in the laminated part 32 and its vicinity soften, and the probe 52 is buried in the laminated part 32 as shown in FIGS. As a result, the meat of the laminated portion 32 flows into the recess 36. As described above, since the diameter of the horizontal section of the recess 36 is larger than the diameter of the probe 52, this inflow easily proceeds.

軟化した積層部32の肉は、プローブ52によって撹拌(塑性流動)される。この際、上記したように、積層部32において、プローブ52が埋没した分の肉が凹部36に塑性流動するので、肉がプローブ52の埋没箇所から隆起することがない。従って、バリが形成されることがない。このように、載置部材34に凹部36を設けることにより、バリを形成することなく積層部32を摩擦撹拌接合することができる。このため、積層部32の肉厚が小さくなることがないので、該積層部32の接合強度が大きくなる。   The softened layered portion 32 is agitated (plastically flowed) by the probe 52. At this time, as described above, in the stacked portion 32, the meat in which the probe 52 is buried flows plastically into the recess 36, so that the meat does not rise from the buried portion of the probe 52. Therefore, no burr is formed. Thus, by providing the mounting member 34 with the recess 36, the laminated portion 32 can be friction stir welded without forming burrs. For this reason, since the thickness of the laminated portion 32 is not reduced, the bonding strength of the laminated portion 32 is increased.

しかも、この場合、図4に示すように、押圧部材56の下端面で積層部32を広範囲にわたって押圧しているので、第1ワークW1と第2ワークW2との間の間隙が圧潰される。すなわち、第1ワークW1と第2ワークW2との間に間隙が形成されないので、回転動作する摩擦撹拌接合用工具18の回転体48の角部が上側の第2ワークW2に摺接し難い。これにより、第2ワークW2に孔が形成されることを回避することができる。   In addition, in this case, as shown in FIG. 4, since the laminated portion 32 is pressed over a wide range by the lower end surface of the pressing member 56, the gap between the first workpiece W1 and the second workpiece W2 is crushed. That is, since no gap is formed between the first workpiece W1 and the second workpiece W2, the corner portion of the rotating body 48 of the friction stir welding tool 18 that rotates is difficult to slidably contact the upper second workpiece W2. Thereby, it can avoid that a hole is formed in the 2nd workpiece | work W2.

このようにして摩擦撹拌接合が営まれると同時に、プローブ52の埋没に伴って、第2ワークW2における第1ワークW1に臨む面に突出部142が形成されるとともに、第1ワークW1における第2ワークW2に臨む面に陥没部140が形成され、該陥没部140に前記突出部142が嵌合する。なお、陥没部140の下端部は、肉の塑性流動が行われない非撹拌部(塑性変形部)である。すなわち、塑性変形によって凹部36に対応する形状に成形された陥没部140に突出部142が嵌合され、これによりいわゆるかしめ状態が設けられる。このように第1ワークW1と第2ワークW2とでかしめ状態が形成されることによっても、積層部32の接合強度が向上する。   In this way, the friction stir welding is performed, and at the same time, as the probe 52 is buried, the protrusion 142 is formed on the surface of the second workpiece W2 facing the first workpiece W1, and the second workpiece W1 is second. A depression 140 is formed on the surface facing the workpiece W <b> 2, and the protrusion 142 is fitted in the depression 140. In addition, the lower end part of the depression part 140 is a non-stirring part (plastic deformation part) in which the plastic flow of meat is not performed. That is, the protruding portion 142 is fitted into the depressed portion 140 formed into a shape corresponding to the concave portion 36 by plastic deformation, thereby providing a so-called caulking state. Thus, the joining strength of the laminated portion 32 is also improved by forming a caulking state between the first workpiece W1 and the second workpiece W2.

撹拌を開始してプローブ52が埋没した後、変位回転モータ24を滅勢することによってプローブ52の回転動作を停止し、これにより肉の塑性流動を停止させる。次に、変位回転モータ24を上記とは逆方向に回転付勢して、ねじ用ナット130を逆回転動作させる。これによりねじ用ナット130、ひいてはロッド20がガイドバー16a、16bに案内されながら上昇動作し、その結果、該ロッド20の大径部106、108に挟持された第2アーム14が上昇動作し、最終的に、該第2アーム14が第1アーム12から離間する方向に変位する。また、積層部32から離間した押圧部材56がコイルスプリング66によって第1アーム12側に弾発付勢され、元の位置に復帰する。   After the agitation is started and the probe 52 is buried, the displacement rotation motor 24 is deenergized to stop the rotation of the probe 52, thereby stopping the plastic flow of the meat. Next, the displacement rotation motor 24 is urged to rotate in the direction opposite to the above, and the screw nut 130 is rotated in the reverse direction. As a result, the screw nut 130, and consequently the rod 20, moves upward while being guided by the guide bars 16a, 16b. As a result, the second arm 14 held between the large-diameter portions 106, 108 of the rod 20 moves upward, Finally, the second arm 14 is displaced in a direction away from the first arm 12. Further, the pressing member 56 separated from the laminated portion 32 is elastically biased toward the first arm 12 by the coil spring 66 and returns to the original position.

この間に積層部32の肉が冷却固化され、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。このようにして接合された積層部32における第1ワークW1側には、凹部36に流入した肉が冷却固化することに伴って突出形成された円柱体形状の凸部が存在する。すなわち、この場合、該凸部の外径は、凹部36の直径と略同一となる。   During this time, the meat of the laminated portion 32 is cooled and solidified, and the first workpiece W1 and the second workpiece W2 are integrally solid-phase bonded. On the side of the first workpiece W1 in the laminated portion 32 joined in this way, there is a cylindrical convex portion that is formed to protrude as the meat flowing into the concave portion 36 cools and solidifies. That is, in this case, the outer diameter of the convex portion is substantially the same as the diameter of the concave portion 36.

なお、上記した実施の形態においては、2個のワークを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。   In the above-described embodiment, the case where two workpieces are friction stir welded is described as an example. However, the number of workpieces to be stacked is not limited to two, but three or more workpieces. You may make it laminate | stack.

また、凹部36の全空間に積層部32の肉が充填される必要は特にない。   Further, it is not particularly necessary to fill the entire space of the concave portion 36 with the meat of the laminated portion 32.

本実施の形態に係る摩擦撹拌接合装置の概略全体縦断面図である。1 is a schematic overall longitudinal sectional view of a friction stir welding apparatus according to the present embodiment. 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。It is a principal part expansion schematic longitudinal cross-sectional view of the friction stir welding apparatus of FIG. 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概略全体縦断面図である。It is a schematic whole longitudinal cross-sectional view which shows the state by which the friction stir welding apparatus of FIG. 1 was closed and the laminated part was clamped. 摩擦撹拌接合用工具が回転して積層部が摩擦撹拌接合される状態を示す要部拡大概略縦断面図である。It is a principal part expansion schematic longitudinal cross-sectional view which shows the state by which the tool for friction stir welding rotates and a laminated part is friction stir welded. 従来技術に係る摩擦撹拌接合装置の概略全体側面図である。 図5の摩擦撹拌接合装置の要部拡大概略平面図である。It is a schematic whole side view of the friction stir welding apparatus which concerns on a prior art. It is a principal part expansion schematic plan view of the friction stir welding apparatus of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

10…摩擦撹拌接合装置 12、14…アーム
16…ガイドバー 18…摩擦撹拌接合用工具
20…ロッド 24…変位回転モータ
32…積層部 34…載置部材
36…凹部 52…プローブ
56…押圧部材 66…コイルスプリング
82…タイミングベルト 84、104…プーリ
106、108…大径部 110…ケーシング
122…リニアロータリブッシュ 130…ねじ用ナット
131…ねじ W1、W2…ワーク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Friction stir welding apparatus 12, 14 ... Arm 16 ... Guide bar 18 ... Friction stir welding tool 20 ... Rod 24 ... Displacement rotation motor 32 ... Lamination | stacking part 34 ... Mounting member 36 ... Recessed part 52 ... Probe 56 ... Pressing member 66 ... Coil spring 82 ... Timing belt 84, 104 ... Pulley 106, 108 ... Large diameter part 110 ... Casing 122 ... Linear rotary bush 130 ... Screw nut 131 ... Screw W1, W2 ... Workpiece

Claims (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、
端部に前記積層部を載置するための載置部材が設けられた第1アームと、
ガイド部材を介して前記第1アームに連結された第2アームと、
前記第2アームの先端部に配設された摩擦撹拌接合用工具と、
前記第2アームに回転可能及び変位可能に設けられ、且つ、回転動作することで前記第1アームに対して接近又は離間する方向に変位することによって、前記第2アームを前記ガイド部材に案内させながら前記第1アームに接近又は離間する方向に変位させる回転部材と、
前記回転部材と前記摩擦撹拌接合用工具とを同期して回転動作させるためのベルト部材と、
前記回転部材を回転動作させる変位回転手段と、
を有することを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
A friction stir welding apparatus for friction stir welding a laminated portion formed by laminating a plurality of members,
A first arm provided with a placement member for placing the laminated portion on the end;
A second arm connected to the first arm via a guide member;
A friction stir welding tool disposed at the tip of the second arm;
The second arm is rotatably and displaceable, and is rotated in a direction to approach or separate from the first arm, thereby causing the guide member to guide the second arm. A rotating member that is displaced in a direction toward or away from the first arm,
A belt member for synchronously rotating the rotating member and the friction stir welding tool;
Displacement rotating means for rotating the rotating member;
A friction stir welding apparatus comprising:
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