JP4774256B2 - 摩擦攪拌接合のバリ取り装置 - Google Patents

Description

本発明は、摩擦攪拌接合時において被接合部材のビード部に生ずるバリを除去するためのバリ取り装置に関する。

摩擦攪拌接合は、溶融溶接では困難であったＡｌ−Ｃｕ合金やＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系合金の接合が可能であることから、特にこれらの合金を多用する航空機の部品に適している。
摩擦攪拌接合は、図９に示すように、被接合部材同士が接合されるところ（この例では、被接合部材Ｗ_１，Ｗ_２同士の突合せ部位）に摩擦攪拌接合ツール１００のピン部１０１を挿入し、その軸部１０２のショルダー部１０２ａで加圧しつつ当該摩擦攪拌接合ツール１００を同図の矢印方向に回転させ、このような摩擦攪拌接合ツール１００を突合せ部位に沿って同図の矢印方向に移動させることにより行われる。ところが、摩擦攪拌接合に際しては、摩擦攪拌接合ツール１００によって塑性流動した被接合部材の一部が、図１０に示すように、ビード（被接合部材同士が接合されたところ）１０３の両端部に沿って所謂バリ１０４ａとして或いは段差１０４ｂとなって出現する。このようなバリ１０４ａ等の発生を阻止することは極めて困難であり、また、このようなバリ１０４ａ等は、製品の外観を損ね、腐食の発生や応力集中による疲労破壊を誘発するなどの弊害をもたらす。このため、サンダーやサンドペーパー等の研磨器具を用いてバリ１０４ａ等を取り除く作業が行われ、かかる作業は、摩擦攪拌接合加工後に被接合部材Ｗ_１，Ｗ_２をクランプ治具から取り外して行われる。しかるに、クランプ治具から取り外して上記作業を行うと、作業工数を要し生産性が害されるため、これの対策としてクランプ治具から取り外さずに上記作業が行えるようにしたものがある（特許文献１）。
この特許文献１のものは、図１１に示すように、摩擦攪拌接合装置２００及び非破壊検査装置３００を備え、摩擦攪拌接合装置２００には、摩擦攪拌接合加工のための回転工具２０１が取り付けられ、この回転工具２０１の大径部２０２の下端外周に複数の刃２０３が設置されており、この刃２０３によって摩擦攪拌接合加工に際して発生するバリを切削する。一方、非破壊検査装置３００には回転ブラシ（図示せず）が設置されており、この回転ブラシによって上記刃２０３による切削で生じた小さなバリを切削するものである。尚、２０４ａ，２０４ｂは、被接合部材である。

しかしながら、上述した摩擦攪拌接合装置及び非破壊検査装置を備えたものにおいて、非破壊検査装置の回転ブラシは、摩擦攪拌接合装置の回転工具で切削した後に残存する小さなバリを切削除去するためのものであり、摩擦攪拌接合加工に際して発生するバリを摩擦攪拌接合加工と同時に切削除去するものでないため、バリ取りに要する作業工数を低減して生産性向上を図る目的に適っていないところがある。
特開２００３−９８１６１号（第３、４頁、図１，２，４）

解決しようとする問題点は、摩擦攪拌接合加工に際して発生するバリを摩擦攪拌接合加工と同時に切削除去するようにして、バリ取りに要する作業工数を低減し生産性向上を図る点である。

本発明の請求項１に係る摩擦攪拌接合のバリ取り装置は、摩擦攪拌接合時において被接合部材のビード部に生ずるバリを当該接合加工を行いながらブラシで除去するバリ取り装置であって、摩擦攪拌接合ツールにおいて被接合部材に挿入されるピン部が突設された軸部の外周に螺刻されたネジに螺合するバリ取りブラシと、当該ネジに螺合して前記バリ取りブラシを前記軸部に固定する固定ナットとを備え、前記固定ナットは前記バリ取りブラシに対して前記被接合部材と反対側から当接するとともに前記軸部のネジに螺合して前記バリ取りブラシを締付け固定するものであり、摩擦攪拌接合加工に際して発生するバリを摩擦攪拌接合加工と同時に切削除去するようにしているので、バリ取りに要する作業工数を低減し生産性向上を図ることができ、また、バリ取りブラシを軸部外周に螺刻されたネジに螺着して取り付けるようにしているので、摩擦攪拌接合ツールに取り付けられるバリ取りブラシの取付位置の調整が可能となり、バリ等と同時に除去される被接合部材の切削量を抑え、被接合部材の板厚の減少を最小限にすることができる。

本発明の請求項２に係る摩擦攪拌接合のバリ取り装置において、バリ取りブラシは、複数の素線を束ねたブラシの複数個が円周に沿って配列されるようにしたもので、これにより、バリ取りブラシはブラシの先端部が押し付けられ被接合部材に対して弾性変形した状態で密着しつつ回転するので、バリ等を切削刃並みに除去することが可能になる。

本発明の摩擦攪拌接合のバリ取り装置は、摩擦攪拌接合加工に際して発生するバリを摩擦攪拌接合加工と同時に切削除去するようにしているので、バリ取りに要する作業工数を低減し生産性向上を図ることができる利点があり、また、バリ取りブラシを軸部の外周に螺刻されたネジに螺着して取り付けるようにしているので、摩擦攪拌接合ツールに取り付けられるバリ取りブラシの取付位置の調整が可能となり、バリ等と同時に除去される被接合部材の切削量を抑え、被接合部材の板厚の減少を最小限にすることができる利点がある。

本発明の第１の実施の形態に係る摩擦攪拌接合のバリ取り装置を図１〜５を参照して説明する。
本実施の形態に係る摩擦攪拌接合のバリ取り装置１は、摩擦攪拌接合加工時において被接合部材のビード部に生ずるバリや段差を摩擦攪拌接合加工を行いながら除去する装置で、摩擦攪拌接合ツールの、被接合部材に挿入されるピン部が突設された軸部外周に取り付けられるものであり、図３に示すように、摩擦攪拌接合ツール２の軸部３外周に螺刻された、本実施の形態では細目ネジ３ａに螺合するバリ取りブラシ５と、当該細目ネジ３ａに螺合してバリ取りブラシ５を軸部３に固定する固定ナット６とで構成されている。
ところで、バリ取りブラシ５や固定ナット６が、例えば図３のようにして取り付けられる摩擦攪拌接合ツール２は、図１に示すように、径大で短尺な円柱部２１とこの円柱部２１の両端部からそれぞれ延出した当該円柱部２１より径小で長尺の円柱部２２ａ，２２ｂとからなる主軸、及びこの主軸の円柱部２２ａの一方端部に突設される、当該円柱部２２ａより径小の軸部３で構成されている。この軸部３の外周には、上記主軸の円柱部２２ａに連接する一方端部とは反対側の他方端部近傍位置までのところに細目ネジ３ａが螺刻される一方、この軸部３の他方端部には、テーパ面を有するショルダー部３ｂが形成され、更に、この軸部３の他方端部の端面中央にはピン部４が形成されている。

このような摩擦攪拌接合ツール２の軸部３に取り付けられるバリ取りブラシ５は、図２に示すように、平たい中空の円筒状部材５１と、この円筒状部材５１に配列される１２個のブラシ５２とで構成されている。このうち円筒状部材５１には、当該円筒状部材５１の円周に沿って等間隔に、本実施の形態では１２個の挿通孔５１ａが設けられ、また、当該円筒状部材５１の円筒内には軸部３の細目ネジ３ａに螺合すべく雌ネジ５１ｂが螺刻され、バリ取りブラシ５を細目ネジ３ａに螺合させたときのその螺合位置の微調整が可能となっている。
一方、ブラシ５２は、複数の素線を所定の長さに切断して束ねたものである。素線はその線径が０．１〜０．３ｍｍの太さのものが好ましく、また、その材質はスチールやステンレス、チタンなどの金属が好ましい。このような素線が束ねられたブラシ５２を円筒状部材５１の挿通孔５１ａに固定する仕方は、ブラシ５２を二つに折り曲げ、折り曲げたところに長めの針金（図示せず）を通しておき、当該針金を引くとともにブラシ５２を円筒状部材５１の挿通孔５１ａに押し込む。他の挿通孔５１ａに対しても同様に上述の針金を通したブラシ５２を押し込み、最後に当該針金を引っ張ってブラシ５２の折り曲げたところが挿通孔５１ａの上端部に出たところで、更に張力を加えて当該針金の端部同士を結合する。尚、上述した素線の、円筒状部材５１の挿通孔５１ａから突出する長さ＝Ｌ、円筒状部材５１の外径＝Ｄとすると、かかる突出長Ｌは、Ｌ／Ｄ＜１／２を満たすように設定されることが好ましい。

また、摩擦攪拌接合ツール２の軸部３に取り付けられる薄平たい固定ナット６は、図３に示すように軸部３の細目ネジ３ａに螺合すべく雌ネジが円筒内に螺刻されており、軸部３に螺着されたバリ取りブラシ５を当該軸部３上で固定する。このような固定ナット６を用いると、バリ取りブラシ５を上下動させて微調整するに際して迅速に且つ容易に弛緩・締付けが行える。

次に、本摩擦攪拌接合のバリ取り装置１の動作について図３〜５を用いて説明する。
本バリ取り装置１のバリ取りブラシ５は、図３に示すように、バリ取りブラシ５が摩擦攪拌接合ツール２の軸部３の適宜位置に固定ナット６で固定される。このとき、本バリ取り装置１は、摩擦攪拌接合加工に際して摩擦攪拌接合ツール２が後方に所定傾斜角Ａをなして傾斜し移動するようにしているため、当然のことながら所定傾斜角Ａに等しく傾斜する態様となっている。
そして、図４（Ａ）に示すような突き合わせ接合加工の場合には、被接合部材Ｗ_１，Ｗ_２同士の突合せ部位に、バリ取りブラシ５が取り付けられた摩擦攪拌接合ツール２のピン部４を挿入し、そのショルダー部３ｂで加圧しつつ当該摩擦攪拌接合ツール２を同図の矢印方向に回転させ、このような摩擦攪拌接合ツール２を突合せ部位に沿って同図の矢印方向に移動させる。この接合加工に際してビード７の両端部に沿って発生するバリや段差は、バリ取りブラシ５が押し付けられ被接合部材に対して弾性変形した状態で密着しつつ回転するに伴って削除され、例えば図５に示すような接合加工後の仕上げ面が得られる（斜線部は、バリや段差が削除されたところ）。このように、摩擦攪拌接合加工に際して発生するバリは摩擦攪拌接合加工と同時に削除されるので、バリ取りに要する作業工数を低減し生産性向上を図ることができる。ところで、本バリ取り装置１においては、バリ取りブラシ５の、軸部３における上述した微調整が可能となっているので、かかる微調整をすることにより母材である被接合部材Ｗ_１，Ｗ_２の切削量を抑え、被接合部材Ｗ_１，Ｗ_２の板厚の減少を最小限にすることができる。本実施の形態では、円筒状部材５１の雌ネジ５１ｂに細目ネジを用いているので、バリ取りブラシ５の取付位置の微調整が０．０１ｍｍ単位で可能となる。

また、図４（Ｂ）に示すような重ね合わせ接合加工の場合も、上記突き合わせ接合加工の場合と同様に、被接合部材Ｗ_１，Ｗ_２が重ね合わされた所定部位に沿って摩擦攪拌接合ツール２を移動させて接合加工がなされる。かかる接合加工に際してもビード７の両端部に沿って発生するバリや段差がバリ取りブラシ５により削除され、バリ取りに要する作業工数を低減し生産性向上を図ることができる。また、バリ取りブラシ５の微調整により被接合部材Ｗ_１の削除量を抑え、被接合部材Ｗ_１の板厚の減少を最小限にすることができることはもちろんである。

ところで、上述した実施の形態では、バリ取りブラシ５は、図２に示すように、円筒状部材５１の円周に沿って配列される１２個のブラシ５２で構成されるものであったが、図６に示すように、円筒状部材５１の略半円周に沿って配列される６個のブラシ５２で構成されるバリ取りブラシ８であってもよい。尚、矢印Ｂは、６個のブラシ５２の配列位置を示している。

さらに、ブラシ５に代えて図７に示すように、砥石１０を用いることもできる。砥石１０は、軸部３に螺合する円筒状部材１０ａと、その片面にねじ結合または接着等により接合された円筒状の砥石本体１０ｂとからなる。

砥石本体１０ｂは、図８に示すように冷却や研削粉の排出のために回転軸に対称に断続的に切欠部を設ける。図８には、円筒状部材１０ａの端面を４分割したのと等しい底面積の砥石本体１０ｂを接合して切欠部も形成した。また、さらに冷却と研削粉を逃がすために、その先端面を０〜５度の範囲で外側ほど後退させる。この角度は摩擦攪拌接合ツール２の回転軸の傾斜角と等しくする。

本発明の摩擦攪拌接合のバリ取り装置は、摩擦攪拌接合加工に際して発生するバリを摩擦攪拌接合加工と同時に削除するようにしているので、バリ取りに要する作業工数を低減し生産性向上を図ることができ、また、バリ取りブラシを被接合部材に挿入されるピン部が突設された軸部外周に螺刻されたネジに螺着して取り付けるようにしているので、摩擦攪拌接合ツールに取り付けられるバリ取りブラシの取付位置の調整が容易に可能となり、バリ等と同時に除去される被接合部材の削除量を抑え、被接合部材の板厚の減少を最小限にすることができ、有用価値が高いと言える。

本発明の実施の形態に係る摩擦攪拌接合のバリ取り装置が取り付けられる摩擦攪拌接合ツールの正面図である。 本バリ取り装置のバリ取りブラシの構成図である。 本バリ取り装置の摩擦攪拌接合ツールへの取付図である。 本バリ取り装置の動作説明図である。 本バリ取り装置で仕上げられた被接合部材の外観図である。 図２のバリ取りブラシとは異なるバリ取りブラシの構成図である。 ブラシの代わりに砥石を用いたバリ取り装置の摩擦攪拌接合ツールへの取付図である。 図７の砥石の底面形状図である。 従来の摩擦攪拌接合ツールの構成図及び動作説明図である。 従来の摩擦攪拌接合ツールで仕上げられた被接合部材の外観図である。 従来の摩擦攪拌接合ツールの構成図である。

符号の説明

１ バリ取り装置
２ 摩擦攪拌接合ツール
３ 軸部
３ａ 細目ネジ
５，８ バリ取りブラシ
６ 固定ナット
７ ビード
Ｗ_１，Ｗ_２ 被接合部材

Claims (2)

1. 摩擦攪拌接合時において被接合部材のビード部に生ずるバリを当該接合加工を行いながらブラシで除去するバリ取り装置であって、摩擦攪拌接合ツールにおいて被接合部材に挿入されるピン部が突設された軸部の外周に螺刻されたネジに螺合するバリ取りブラシと、当該ネジに螺合して前記バリ取りブラシを前記軸部に固定する固定ナットとを備え、
   前記固定ナットは前記バリ取りブラシに対して前記被接合部材と反対側から当接するとともに前記軸部のネジに螺合して前記バリ取りブラシを締付け固定することを特徴とする摩擦攪拌接合のバリ取り装置。
2. 前記バリ取りブラシは、複数の素線を束ねたブラシの複数個が円周に沿って配列されてなることを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合のバリ取り装置。

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