IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2022.1.31 β版

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  • -摩擦撹拌接合工具用清掃装置 図1
  • -摩擦撹拌接合工具用清掃装置 図2
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-12-01
(45)【発行日】2022-12-09
(54)【発明の名称】摩擦撹拌接合工具用清掃装置
(51)【国際特許分類】
   B23K 20/12 20060101AFI20221202BHJP
   B23K 20/26 20060101ALI20221202BHJP
【FI】
B23K20/12 340
B23K20/26
【請求項の数】 5
(21)【出願番号】P 2019075583
(22)【出願日】2019-04-11
(65)【公開番号】P2020171947
(43)【公開日】2020-10-22
【審査請求日】2022-01-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000005197
【氏名又は名称】株式会社不二越
(74)【代理人】
【識別番号】100192614
【弁理士】
【氏名又は名称】梅本 幸作
(74)【代理人】
【識別番号】100158355
【弁理士】
【氏名又は名称】岡島 明子
(72)【発明者】
【氏名】船平 伸之
(72)【発明者】
【氏名】宮本 卓弥
【審査官】柏原 郁昭
(56)【参考文献】
【文献】特開2014-128824(JP,A)
【文献】特開2010-52039(JP,A)
【文献】特開2007-216287(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23K 20/12
B23K 20/26
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
少なくとも、フライス工具を内部に有する第1清掃機器と、フライス工具および複数枚のチップを有する第2清掃機器と、を備えており、
前記第1および第2清掃機器のフライス工具は、前記各清掃機器の中央に配置されており、かつ前記複数枚のチップは前記第2清掃機器のフライス工具の周囲に配置されていることを特徴とする摩擦撹拌接合工具用清掃装置。
【請求項2】
前記第1および第2清掃機器のフライス工具は、いずれもエンドミルであることを特徴とする請求項1に記載の摩擦撹拌接合工具用清掃装置。
【請求項3】
前記複数枚のチップはすべて同一平面上で均等に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の摩擦撹拌接合工具用清掃装置。
【請求項4】
前記第2清掃機器には前記フライス工具の下方に弾性体をさらに備えていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合工具用清掃装置。
【請求項5】
前記第1清掃機器または前記第2清掃機器の少なくとも一方の清掃機器には、エア導入口およびエア排出口を共に有していることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の摩擦撹拌接合工具用清掃装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、摩擦撹拌接合(FSW)工具の先端部分を清掃する摩擦撹拌接合工具専用の清掃装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来は、例えばアルミニウム合金同士の摩擦撹拌接合(FSW)の場合、摩擦撹拌接合用の工具の先端部分に付着した凝着物は、例えば特許文献1で説明されている専用の装置を使用して、凝着物を除去していた。
【0003】
この装置には、工具の先端と同じ径の専用工具のほかに、その専用工具と摩擦撹拌接合用の工具の間に挟む「あて板」が装着されている。その「あて板」を介することで専用工具の先端と摩擦撹拌接合用の工具先端を圧着して、凝着物を最終的に「あて板」に移動させる(付着させる)方法で凝着物を摩擦撹拌接合用の工具先端から除去する方法である。
【0004】
また、特許文献2で説明されている接合工具は、中心部と外筒部の2段構成になっており、中心部に付着した凝着物に対して、外筒部を軸方向に可動(ストローク)させることで凝着物を除去する構造である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開2007-83295号公報
【文献】特開2007-216286号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところが、アルミニウム合金と鋼材の異種金属材料同士を接合する場合には問題が生じる。上述した凝着物は接合材料に大きく依存するため、アルミニウムと鉄による凝着物は接合材料がアルミニウム合金同士に発生する凝着物よりもその硬さが非常に高くなる。そのため、上述した「あて板」では凝着物の硬さにより耐え切れず、破損したり、変形するので「あて板」の材質を更に強固にする必要があった。
【0007】
また、特許文献2に開示された接合工具の形態では、アルミニウム合金と鋼材の様な異種金属材料同士の接合の場合、工具の先端部分に高硬度の凝着物が強固に付着すると、中心部や外筒部が軸方向に可動できなくなるという問題があった。
【0008】
そこで、本発明は工具の先端部分に鉄基合金とアルミニウム合金の様な異種金属同士の摩擦撹拌接合による高硬度の凝着物が存在する場合でも、工具の先端部から確実に凝着物を除去できる摩擦撹拌接合工具専用の清掃装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
鉄基合金とアルミニウム合金の様な異種金属同士の摩擦撹拌接合では、非常に高硬度の金属間化合物による凝着物が工具の先端部分に付着する。その点を考慮して、本発明の清掃装置では主に工具の先端部分のみを清掃する第1清掃機器と工具の先端部分以外の円周部分など他の部分を清掃する第2清掃機器の2段構成とした。
【0010】
具体的には、単一のフライス工具を内部中央に設置した第1清掃機器と、中央位置に設置したフライス工具およびその周囲に複数のチップを配置した第2清掃機器を備える摩擦撹拌接合工具用清掃装置とした。
【0011】
この場合、第2清掃機器の内部に設置する複数のチップを同一平面上かつ均等に配置しても構わない。例えば、4枚のチップをフライス工具の円周方向に沿って均等に(中心部の角度が各々90°間隔となるよう)配置することもできる。
【発明の効果】
【0012】
本発明の摩擦撹拌接合用工具清掃装置は、例えば鉄基合金とアルミニウム合金の摩擦撹拌接合後工具の先端部に付着した高硬度の凝着物(金属間化合物を含む)を効率的に除去し、かつ当該工具自体の損傷も防止できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の摩擦撹拌接合用工具清掃装置1の正面図である。
図2】本発明の摩擦撹拌接合用工具清掃装置1の平面図である。
図3図2に示す摩擦撹拌接合用工具清掃装置1のA-A線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本発明の摩擦撹拌接合工具用清掃装置の実施形態について、図面を用いて説明する。本発明の一実施形態である摩擦撹拌接合工具用清掃装置1の正面図を図1、平面図を図2にそれぞれ示す。また、図2における摩擦撹拌接合工具用清掃装置1のA-A線断面図を図3に示す。
【0015】
摩擦撹拌接合工具用清掃装置1は、図1および2に示すように大きく分けて第1清掃機器10,第2清掃機器20およびこれらの各機器10,20を上部に積載するベースプレート30から構成されている。第1および第2清掃機器10,20の配置は、ベースプレート30との間で自在に着脱可能な様にネジによる締結で固定したり、もしくはベースプレート30の長さ(幅)を自由に伸縮できる構造にすることで第1清掃機器10と第2清掃機器20同士の間隔を任意に変更できる配置形態としても良い。以下、第1清掃機器10および第2清掃機器20の詳細な構造について説明する。
【0016】
まず、第1清掃機器10の構造について説明する。第1清掃機器10は、後述する第2清掃機器20の使用に先立って摩擦撹拌接合工具の先端部に付着した凝着物を最初に除去する機器である。第1清掃機器10を形成する筒状の本体部11の最上方には中央に開口部12を有したトッププレート(天板部品)13が設置されている。このトッププレート(天板部品)13の開口部12から空間的に連なる第1清掃機器10の内部には、フライス工具(エンドミル)16が中心位置に設置されている。
【0017】
このフライス工具16は、図3に示す様にフライス工具固定治具17によって軸方向および周方向の移動が制限されている。つまり、摩擦撹拌接合工具の清掃中(再生工程中)にフライス工具16が回転したり、前進や後退しない様にフライス工具固定治具17によりフライス工具16が軸方向に固定されている。
【0018】
また、トッププレート(天板部品)13の直下には、摩擦撹拌接合工具が第1清掃機器10の所定深さ以上に挿入することを防止するストッパー(摩擦撹拌接合工具の位置決め部品)18と、ストッパー18の周囲には清掃中において摩擦撹拌接合工具に補助的な回転を与えるための軸受19が設けられている。この軸受19の内周(内輪)側には図3に示す様にストッパー18が嵌め込まれている。
【0019】
摩擦撹拌接合工具の清掃工程時には、摩擦撹拌接合工具の端面とストッパー18の上方側の端面が互いに接触した状態で摩擦撹拌接合工具が回転することによりストッパー18も同時に回転する。つまり、ストッパー18が摩擦撹拌接合工具と共に回転することで摩擦撹拌接合工具の端面とストッパー18の端面の間に発生する摩擦熱やそれに伴う摩擦撹拌接合工具およびストッパー18の摩耗を防止する。
【0020】
本体部11の外周部には、図3に示すように外部からの圧縮空気(エア)を第1清掃機器10の内部へ取り込むためのエア導入口14および第1清掃機器10の内部のエア等を外部へ排出するエア排出口(図示なし)が設けられている。このエア導入口14を介して第1清掃機器10の内部にエアを送り込み、摩擦撹拌接合工具の清掃時に発生する(除去された)凝着物がエア排出口を介して第1清掃機器10の外部へ排出する。これは、摩擦撹拌接合工具の先端部から除去された凝着物がフライス工具16の先端部や第1清掃機器10内の底部に堆積することを防止するためである。
【0021】
次に、第2清掃機器20の構造について説明する。第2清掃機器20は、前述の第1清掃機器10の使用に引き続いて摩擦撹拌接合工具の先端とその周囲に付着した凝着物を除去する機器である。第2清掃機器20は、図1および図3に示す様に第2清掃機器20を形成する筒状の本体部21の最上方に開口部22を有するトッププレート(天板部品)23を備えており、摩擦撹拌接合工具が挿入できる空間を内部に有している。
【0022】
その空間には、切れ刃を有する複数のチップ28(28a~28d)が内部に配置されている。当該チップ28(28a~28d)は切削用、旋削用のいすれでもよく、材質はWC(炭化タングステン)等を主成分とする超硬合金やSiC等を主成分とするセラミックスのいずれでも構わない。
【0023】
これら複数のチップ28は、図2に示す様に4枚のチップ28a~28dが同一平面上で中心部の角度が90°間隔になるように均等に配置されている。これらのチップ28a~28dによって摩擦撹拌接合工具の周囲(側周面)に付着している凝着物を削り落とす。また、第1清掃機器10の場合と同様に第2清掃機器20の内部にフライス工具(エンドミル)26をフライス工具固定治具27を用いて固定、設置する。
【0024】
この場合、第1清掃機器10に設置するフライス工具16(第1フライス工具)とは異なる先端形状のフライス工具26(第2フライス工具)を第2清掃機器20の内部に設置することで、第1清掃機器10を用いても摩擦撹拌接合工具の先端部から完全に除去できなかった、いわゆる残存した凝着物を追加的に除去できる。
【0025】
また、図3に示す様に第2清掃機器20内の底部(フライス工具固定治具27の下方)にバネ29を設けることもできる。第2清掃機器20では第1清掃機器10の場合に加えて複数のチップ28(28a~28d)を配置することで摩擦撹拌接合工具の周方向(周側面)および軸方向に付着した凝着物の除去を同時に行なう。
【0026】
そのため、摩擦撹拌接合工具の清掃時には第1清掃機器10を使用する場合よりも摩擦撹拌接合工具の軸方向に多大な圧力を更に負荷した状態で摩擦撹拌接合工具を回転させる。したがって、フライス工具固定治具27の下方にバネ29を設けることにより摩擦撹拌接合工具が軸方向に加圧された場合でも、バネ29の反力を利用してフライス工具26を軸方向に可動させることでフライス工具26の折損を防止する。
【0027】
さらに、第2清掃機器20の外周部には、第1清掃機器10と同様に外部からの圧縮空気(エア)を取り込むためのエア導入口24および第2清掃機器20の内部のエア等を外部へ排出するエア排出口(図示なし)が設けられている。このエア導入口24を介して第2清掃機器20の内部にエアを送り込み、摩擦撹拌接合工具の再生時に発生する除去された凝着物はエア排出口(図示なし)を介して第2清掃機器20の外部へ排出できる。これは、フライス工具26の先端部,チップ28(28a~28d)の切れ刃部分,第2清掃機器20内の底部に摩擦撹拌接合工具の先端部から除去された凝着物が堆積することを防止するためである。
【0028】
なお、図3では第2清掃機器20においてフライス工具固定治具27の下方にバネ29が設置されている形態を示しているが、つるまきバネや皿バネなどのバネ材の他に摩擦撹拌接合工具を軸方向に加圧した際に所定の反力が生じることでフライス工具26を軸方向に可動できる物性を有して、それ自身が弾性変形する物であれば、ゴムや樹脂などの弾性体でも構わない。
【0029】
また、第2清掃機器20内に配置される複数のチップ28(28a~28d)は、図2に示す形態では4枚のチップを使用した場合を示しているが、使用するチップの枚数は4枚よりも少ない枚数(2枚や3枚)、もしくは4枚よりも多い枚数(5枚以上)でも構わない。また、それら複数のチップの配置は同一平面状で中心部の角度が均等になるよう規則的に配置する形態の他にも各チップの中心部の角度が各々異なるように不規則な配置でも良い。
【符号の説明】
【0030】
1 摩擦撹拌接合工具用清掃装置
10 第1清掃機器
11,21 本体部
12,22 開口部
13,23 トッププレート
14,24 エア導入口
16,26 フライス工具(エンドミル)
17,27 フライス工具固定治具
18 ストッパー
19 軸受
20 第2清掃機器
28(28a~28d) チップ
29 バネ
30 ベースプレート

図1
図2
図3