特許7482675摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、摩擦攪拌接合装置、および摩擦攪拌接合方法
(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】2024-05-02
(45)【発行日】2024-05-14
(54)【発明の名称】摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、摩擦攪拌接合装置、および摩擦攪拌接合方法
(51)【国際特許分類】
B23K 20/12 20060101AFI20240507BHJP
【ＦＩ】
B23K20/12 340
B23K20/12 342
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020075490
(22)【出願日】2020-04-21
(65)【公開番号】P2021171776
(43)【公開日】2021-11-01
【審査請求日】2023-02-09
(73)【特許権者】
【識別番号】000003458
【氏名又は名称】芝浦機械株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】加藤 孝一
(72)【発明者】
【氏名】松▲崎▼ 敬彦
(72)【発明者】
【氏名】青木 稔尚
【審査官】山内 隆平
(56)【参考文献】
【文献】特開２０００－１３５５７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０６８８５５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ２０／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
工作機械の主軸ヘッドに回転自在に支持された主軸に装着される本体と、前記本体に回転自在に支持されかつ接合ツールを装着可能な加工軸と、
前記加工軸を回転駆動する回転駆動部と、
前記本体の外側に前記主軸と同軸で回転可能に装着されかつ前記主軸ヘッドに接続可能な固定部と、
前記固定部に形成されて前記主軸ヘッドから供給されるエアを前記回転駆動部に供給するエア通路と、を有し、
前記回転駆動部は、前記エア通路から供給されるエアで回転するエアモータであることを特徴とする摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項2】
請求項１に記載した摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記加工軸は、前記主軸の軸線上に同軸配置されていることを特徴とする摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項3】
請求項１に記載した摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記加工軸は、前記主軸の軸線と交差方向に配置されていることを特徴とする摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項4】
請求項３に記載した摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記加工軸は、前記主軸の軸線と交差方向の配置が、前記加工軸に前記接合ツールを装着した際に前記接合ツールの加工部位が前記主軸の軸線上となる位置とされていることを特徴とする摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項5】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した摩擦攪拌接合アタッチメントと、前記摩擦攪拌接合アタッチメントに装着された前記接合ツールと、を有することを特徴とする摩擦攪拌接合ヘッド。
【請求項6】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載した摩擦攪拌接合アタッチメントと、前記摩擦攪拌接合アタッチメントに装着された前記接合ツールと、
前記摩擦攪拌接合アタッチメントが装着された工作機械と、を有することを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
【請求項7】
請求項６に記載した摩擦攪拌接合装置を用い、前記回転駆動部により前記接合ツールを回転させてワークに対する摩擦攪拌接合を行うとともに、
前記主軸の回転により前記接合ツールの向きを変更することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、摩擦攪拌接合装置、および摩擦攪拌接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
材料の接合手法として摩擦攪拌接合が用いられている。
摩擦攪拌接合においては、十分な摩擦熱を得るために、接合ツールの回転に高トルクが必要であり、従来は専用の摩擦攪拌接合装置が用いられてきた。一方、高トルクが得られるものであれば、汎用の工作機械を摩擦攪拌接合装置として用いることができる（特許文献１参照）。
前述した特許文献１では、接合するワークの表面に対して接合ツールの回転軸が垂直に配置されていた。これに対し、接合ツールの回転軸を傾斜させ、その先端側が移動方向の前側に変位するような姿勢とすることにより、ワークへの進入性および軟化した材料の抑え込み性を高めることがなされている。
このような接合ツールの回転軸の傾斜姿勢は、接合ツールを含む摩擦攪拌接合ヘッドや接合ツールを装着可能な摩擦攪拌接合アタッチメントに屈曲ジョイントを含む傾斜機構を設けて実現されるほか、工作機械の主軸を傾斜状態に調整することで実現できる。
摩擦攪拌接合においては、十分な摩擦熱を得るために、接合ツールの回転に高トルクが必要であり、従来は専用の摩擦攪拌接合装置が用いられてきた。一方、高トルクが得られるものであれば、汎用の工作機械を摩擦攪拌接合装置として用いることができる（特許文献１参照）。
前述した特許文献１では、接合するワークの表面に対して接合ツールの回転軸が垂直に配置されていた。これに対し、接合ツールの回転軸を傾斜させ、その先端側が移動方向の前側に変位するような姿勢とすることにより、ワークへの進入性および軟化した材料の抑え込み性を高めることがなされている。
このような接合ツールの回転軸の傾斜姿勢は、接合ツールを含む摩擦攪拌接合ヘッドや接合ツールを装着可能な摩擦攪拌接合アタッチメントに屈曲ジョイントを含む傾斜機構を設けて実現されるほか、工作機械の主軸を傾斜状態に調整することで実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１７－１２７８８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前述した特許文献１では、摩擦攪拌接合を行う材料の接合線は直線であり、この接合線に沿って回転する接合ツールを移動させていた。
これに対し、より複雑な形状に対する摩擦攪拌接合が求められている。例えば、途中で屈曲する接合線や、曲線状の接合線などに対して、摩擦攪拌接合の適用が望まれている。
しかし、屈曲する接合線や曲線状の接合線に対する摩擦攪拌接合では、前述した接合ツールを傾斜姿勢とする方式がそのまま適用できないという問題がある。
これに対し、より複雑な形状に対する摩擦攪拌接合が求められている。例えば、途中で屈曲する接合線や、曲線状の接合線などに対して、摩擦攪拌接合の適用が望まれている。
しかし、屈曲する接合線や曲線状の接合線に対する摩擦攪拌接合では、前述した接合ツールを傾斜姿勢とする方式がそのまま適用できないという問題がある。
【0005】
すなわち、屈曲する接合線や曲線状の接合線に対して摩擦攪拌接合を行う場合、当然ながら回転する接合ツールを接合線に沿って移動させる。例えば、Ｘ軸方向の接合線に沿って摩擦攪拌接合を行う場合、接合ツールの回転軸をＸ軸方向に傾斜させた状態で、接合ツールをＸ軸方向へ移動させる。
ここで、接合線が直角に折れ曲がっていたとすると、接合ツールの移動方向は動作プログラムによって容易に変更できるが、接合ツールの回転軸の傾斜姿勢は変更できない。その結果、接合ツールは、Ｘ軸と直交方向へ移動する際に、回転軸がＸ軸方向に傾斜した姿勢のままになるという不都合が生じる。
このような不都合を回避するために、接合ツールの移動方向だけでなく、接合ツールの傾斜方向についても容易に変更できることが求められていた。
ここで、接合線が直角に折れ曲がっていたとすると、接合ツールの移動方向は動作プログラムによって容易に変更できるが、接合ツールの回転軸の傾斜姿勢は変更できない。その結果、接合ツールは、Ｘ軸と直交方向へ移動する際に、回転軸がＸ軸方向に傾斜した姿勢のままになるという不都合が生じる。
このような不都合を回避するために、接合ツールの移動方向だけでなく、接合ツールの傾斜方向についても容易に変更できることが求められていた。
【0006】
さらに、ワークの上面に対する摩擦攪拌接合とは別に、ワークの側面に対する摩擦攪拌接合が要望されている。このような側面への摩擦攪拌接合には、主軸を側面に正対させる手法のほか、垂直な主軸にアングルヘッドおよび接合ツールを装着し、側面の向きに応じて接合ツールの向きを変える手法が用いられる。しかし、主軸の向きやアングルヘッドの向きを変更するために、工作機械の位置制御が煩雑になる等の不都合がある。
このようなワーク側面の摩擦攪拌接合においても、アングルヘッドの向きを容易に変更できることが求められていた。
このようなワーク側面の摩擦攪拌接合においても、アングルヘッドの向きを容易に変更できることが求められていた。
【0007】
本発明の目的は、向きの変更が容易に行える摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、摩擦攪拌接合装置、および摩擦攪拌接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントは、
工作機械の主軸に装着される本体と、
前記本体に回転自在に支持されかつ接合ツールを装着可能な加工軸と、
前記加工軸を回転駆動する回転駆動部と、を有することを特徴とする。
工作機械の主軸に装着される本体と、
前記本体に回転自在に支持されかつ接合ツールを装着可能な加工軸と、
前記加工軸を回転駆動する回転駆動部と、を有することを特徴とする。
【0009】
このような本発明では、加工軸に接合ツールを装着するとともに、工作機械の主軸に本体を装着する。本体において、回転駆動部で加工軸および接合ツールを回転させ、回転する接合ツールをワークに接触させることで、ワークの摩擦攪拌接合を行うことができる。この際、回転駆動部は、主軸からのセンタースルーエアで駆動されるエアモータ等とすることができ、主軸の回転には依存しない。
一方、主軸を回転させることで、主軸とともに本体が回転し、本体における加工軸および接合ツールの向きを変更できる。
これにより、主軸を回転させる動作により、接合ツールの傾斜方向などの向きを容易に変更することができる。
一方、主軸を回転させることで、主軸とともに本体が回転し、本体における加工軸および接合ツールの向きを変更できる。
これにより、主軸を回転させる動作により、接合ツールの傾斜方向などの向きを容易に変更することができる。
【0010】
本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、
前記回転駆動部は、前記主軸の軸心を通して供給されるエアで回転するエアモータであることが好ましい。
このような本発明では、主軸からのエアを用いることで、外部動力の供給などが必要なく、動力源を容易に確保できる。
なお、回転駆動部の動力としては、主軸ヘッドから固定部を経て電力供給される電動モータなどとしてもよい。
前記回転駆動部は、前記主軸の軸心を通して供給されるエアで回転するエアモータであることが好ましい。
このような本発明では、主軸からのエアを用いることで、外部動力の供給などが必要なく、動力源を容易に確保できる。
なお、回転駆動部の動力としては、主軸ヘッドから固定部を経て電力供給される電動モータなどとしてもよい。
【0011】
本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントは、
前記加工軸は、前記主軸の軸線上に同軸配置されていることが好ましい。
この際、加工軸は、主軸の軸線と完全に同軸ではなく、主軸の軸線に対して所定の傾斜角度とすることができる。
このような本発明では、主軸により本体の向きを変えることで、加工軸および接合ツールの向き、例えば接合ツールが傾斜した向きを、任意の向きに変更することができる。
さらに、加工軸が主軸の軸線と同軸上にあれば、主軸に直接接合ツールを装着した場合と比べて、接合ツールの軸線方向の位置のみが異なり、ワーク表面に対する位置は同じである。従って、主軸に直接接合ツールを装着した場合の制御プログラムを基にして、軸線方向の数値修正など最小限の変更だけで転用することができる。
前記加工軸は、前記主軸の軸線上に同軸配置されていることが好ましい。
この際、加工軸は、主軸の軸線と完全に同軸ではなく、主軸の軸線に対して所定の傾斜角度とすることができる。
このような本発明では、主軸により本体の向きを変えることで、加工軸および接合ツールの向き、例えば接合ツールが傾斜した向きを、任意の向きに変更することができる。
さらに、加工軸が主軸の軸線と同軸上にあれば、主軸に直接接合ツールを装着した場合と比べて、接合ツールの軸線方向の位置のみが異なり、ワーク表面に対する位置は同じである。従って、主軸に直接接合ツールを装着した場合の制御プログラムを基にして、軸線方向の数値修正など最小限の変更だけで転用することができる。
【0012】
本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントは、
前記加工軸は、前記主軸の軸線と交差方向に配置されていることが好ましい。
このような本発明では、例えば垂直方向の主軸に装着することで、加工軸および接合ツールを水平方向に支持することができ、ワーク側面の摩擦攪拌接合を行うことができる。そして、主軸により本体の向きを変えることで、加工軸および接合ツールの向きを変更することができる。
前記加工軸は、前記主軸の軸線と交差方向に配置されていることが好ましい。
このような本発明では、例えば垂直方向の主軸に装着することで、加工軸および接合ツールを水平方向に支持することができ、ワーク側面の摩擦攪拌接合を行うことができる。そして、主軸により本体の向きを変えることで、加工軸および接合ツールの向きを変更することができる。
【0013】
本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントは、
前記加工軸は、前記主軸の軸線と交差方向の配置が、前記加工軸に前記接合ツールを装着した際に前記接合ツールの加工部位が前記主軸の軸線上となる位置とされていることが好ましい。
このような本発明では、主軸ないし接合ツールがどの向きであっても、接合ツールの加工部位が主軸の軸線上となる。従って、接合ツールの向きに関わりなく、ワークに対する加工位置の指定が容易に行え、制御プログラムの作成なども容易にできる。
前記加工軸は、前記主軸の軸線と交差方向の配置が、前記加工軸に前記接合ツールを装着した際に前記接合ツールの加工部位が前記主軸の軸線上となる位置とされていることが好ましい。
このような本発明では、主軸ないし接合ツールがどの向きであっても、接合ツールの加工部位が主軸の軸線上となる。従って、接合ツールの向きに関わりなく、ワークに対する加工位置の指定が容易に行え、制御プログラムの作成なども容易にできる。
【0014】
本発明の摩擦攪拌接合ヘッドは、
前述した本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントと、
前記摩擦攪拌接合アタッチメントに装着された前記接合ツールと、を有することを特徴とする。
このような本発明では、前述した本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントと同様な効果を得ることができる。
前述した本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントと、
前記摩擦攪拌接合アタッチメントに装着された前記接合ツールと、を有することを特徴とする。
このような本発明では、前述した本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントと同様な効果を得ることができる。
【0015】
本発明の摩擦攪拌接合装置は、
前述した本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントと、
前記摩擦攪拌接合アタッチメントに装着された前記接合ツールと、
前記摩擦攪拌接合アタッチメントが装着された工作機械と、を有することを特徴とする。
このような本発明では、前述した本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントと同様な効果を得ることができる。
前述した本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントと、
前記摩擦攪拌接合アタッチメントに装着された前記接合ツールと、
前記摩擦攪拌接合アタッチメントが装着された工作機械と、を有することを特徴とする。
このような本発明では、前述した本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントと同様な効果を得ることができる。
【0016】
本発明の摩擦攪拌接合方法は、
前述した本発明の摩擦攪拌接合装置を用い、
前記回転駆動部により前記接合ツールを回転させてワークに対する摩擦攪拌接合を行うとともに、
前記主軸の回転により前記接合ツールの向きを変更することを特徴とする。
このような本発明では、前述した本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントと同様な効果を得ることができる。
前述した本発明の摩擦攪拌接合装置を用い、
前記回転駆動部により前記接合ツールを回転させてワークに対する摩擦攪拌接合を行うとともに、
前記主軸の回転により前記接合ツールの向きを変更することを特徴とする。
このような本発明では、前述した本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントと同様な効果を得ることができる。
【発明の効果】
【0017】
本発明によれば、向きの変更が容易に行える摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、摩擦攪拌接合装置、および摩擦攪拌接合方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】本発明の第１実施形態の摩擦攪拌接合装置を示す斜視図。
【図2】前記第１実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメントを示す側面図。
【図3】前記第１実施形態の向き変え動作を示す模式図。
【図4】本発明の第２実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメントを示す側面図。
【図5】前記第２実施形態の向き変え動作を示す模式図。
【図6】本発明の第３実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメントを示す側面図。
【図7】本発明の第４実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメントを示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１において、本実施形態の摩擦攪拌接合装置１は、縦型主軸を有する汎用の工作機械２に、本発明に基づく摩擦攪拌接合アタッチメント１０と、摩擦攪拌接合用の汎用の接合ツール２０と、を装着して構成される。
図１において、本実施形態の摩擦攪拌接合装置１は、縦型主軸を有する汎用の工作機械２に、本発明に基づく摩擦攪拌接合アタッチメント１０と、摩擦攪拌接合用の汎用の接合ツール２０と、を装着して構成される。
【0020】
工作機械２は、ワーク９が固定されるテーブル３と、先端に工具を装着可能な主軸４と、主軸４を回転自在に支持する主軸ヘッド５と、主軸ヘッド５を任意位置へ移動させる移動機構６と、を備えている。
移動機構６は、水平なガイドバー６１に支持されたスライダ６２を有し、主軸ヘッド５はスライダ６２から下向きに支持されている。従って、スライダ６２に対して主軸ヘッド５を昇降させることで、主軸４の先端をＺ軸方向の指定された位置に移動可能である。また、ガイドバー６１に沿ってスライダ６２を移動させることで、主軸４の先端をＸ軸方向の指定された位置に移動可能である。
移動機構６は、水平なガイドバー６１に支持されたスライダ６２を有し、主軸ヘッド５はスライダ６２から下向きに支持されている。従って、スライダ６２に対して主軸ヘッド５を昇降させることで、主軸４の先端をＺ軸方向の指定された位置に移動可能である。また、ガイドバー６１に沿ってスライダ６２を移動させることで、主軸４の先端をＸ軸方向の指定された位置に移動可能である。
【0021】
主軸４は、軸線Ｒが垂直（Ｚ軸方向）とされ、主軸ヘッド５内の駆動モータにより軸線Ｒ廻り（Ｃ軸方向）に回転可能かつ指定された角度位置に停止可能である。
テーブル３は、ベッド７に設置された駆動機構により、垂直な軸線廻り（Ｃ軸方向）に回転可能、かつ指定された角度位置に停止可能である。
これらのテーブル３、主軸４、主軸ヘッド５および移動機構６は、それぞれベッド７の上面に設置され、全体を開閉自在なカバー８で囲うことができる。
テーブル３は、ベッド７に設置された駆動機構により、垂直な軸線廻り（Ｃ軸方向）に回転可能、かつ指定された角度位置に停止可能である。
これらのテーブル３、主軸４、主軸ヘッド５および移動機構６は、それぞれベッド７の上面に設置され、全体を開閉自在なカバー８で囲うことができる。
【0022】
主軸４には、本発明に基づく摩擦攪拌接合アタッチメント１０を介して接合ツール２０が装着されている。ここで、摩擦攪拌接合アタッチメント１０に接合ツール２０を装着することで、本発明の摩擦攪拌接合ヘッド１９が構成される。
【0023】
図２において、摩擦攪拌接合アタッチメント１０は、工作機械２の主軸４に装着される本体１１と、本体１１に回転自在に支持されて先端に接合ツール２０を装着可能な加工軸１４と、加工軸１４を回転駆動する回転駆動部１５と、を有する。
【0024】
本体１１は、規格に基づくテーパーシャンク１１１で主軸４に装着可能であるとともに、軸心に沿ってセンタースルーホール１１２を有し、センタースルーホール１１２には主軸４からセンタースルーエアが供給可能である。
回転駆動部１５は、高圧空気により回転するエアモータで構成され、センタースルーホール１１２を通して主軸４から供給されるセンタースルーエアにより回転可能である。
回転駆動部１５は、高圧空気により回転するエアモータで構成され、センタースルーホール１１２を通して主軸４から供給されるセンタースルーエアにより回転可能である。
【0025】
本体１１において、加工軸１４および回転駆動部１５は、主軸４の軸線Ｒに対して傾斜して設置されている。
加工軸１４および回転駆動部１５の回転軸線Ｃｃは、本体１１に対して０～５度程度の角度Ａｔに傾けられ、回転軸線Ｃｃの先端側が傾斜した側が、摩擦攪拌接合アタッチメント１０の前側Ｄｃとされている。
加工軸１４の先端（図中下端）は、本体１１の端面から露出され、その先端に接合ツール２０が装着される。
加工軸１４および回転駆動部１５の回転軸線Ｃｃは、本体１１に対して０～５度程度の角度Ａｔに傾けられ、回転軸線Ｃｃの先端側が傾斜した側が、摩擦攪拌接合アタッチメント１０の前側Ｄｃとされている。
加工軸１４の先端（図中下端）は、本体１１の端面から露出され、その先端に接合ツール２０が装着される。
【0026】
従って、本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０においては、主軸４からセンタースルーホール１１２を通して回転駆動部１５にセンタースルーエアを供給することで、回転駆動部１５により加工軸１４および接合ツール２０が回転駆動され（回転動作Ｒｃ）、接合ツール２０によるワーク９の摩擦攪拌接合を行うことができる。
一方、主軸４により本体１１を回転駆動すること（回転動作Ｒｓ）で、接合ツール２０の移動方向に応じて摩擦攪拌接合アタッチメント１０の前側Ｄｃの向き変えを行うことができる。
一方、主軸４により本体１１を回転駆動すること（回転動作Ｒｓ）で、接合ツール２０の移動方向に応じて摩擦攪拌接合アタッチメント１０の前側Ｄｃの向き変えを行うことができる。
【0027】
図３において、例えばワーク９が屈曲した接合線９１，９２を有する場合には、その交差位置で摩擦攪拌接合アタッチメント１０の前側Ｄｃの向き変えを行う。
先ず、接合ツール２０を回転（回転動作Ｒｃ）させながら接合線９１に沿って接合方向Ｄ１へ移動させる。このとき、摩擦攪拌接合アタッチメント１０は、その前側Ｄｃを接合方向Ｄ１に向けておく。この状態で、接合ツール２０の回転軸線Ｃｃは、主軸４の軸線Ｒに対して角度Ａｔだけ傾斜し、接合ツール２０の先端は前側Ｄｃである接合方向Ｄ１に傾斜した姿勢となっている。
先ず、接合ツール２０を回転（回転動作Ｒｃ）させながら接合線９１に沿って接合方向Ｄ１へ移動させる。このとき、摩擦攪拌接合アタッチメント１０は、その前側Ｄｃを接合方向Ｄ１に向けておく。この状態で、接合ツール２０の回転軸線Ｃｃは、主軸４の軸線Ｒに対して角度Ａｔだけ傾斜し、接合ツール２０の先端は前側Ｄｃである接合方向Ｄ１に傾斜した姿勢となっている。
【0028】
接合ツール２０が接合線９１と接合線９２との交差位置に達したら、主軸４により摩擦攪拌接合アタッチメント１０を回転（回転動作Ｒｓ）させ、角度Ａｒの方向変更により、前側Ｄｃが接合線９２の接合方向Ｄ２に向かうように向き変えを行う。
これにより、接合ツール２０の回転軸線Ｃｃは、主軸４の軸線Ｒに対して角度Ａｔだけ傾斜した状態のまま、接合ツール２０の先端が接合方向Ｄ２に傾斜した姿勢とされる。従って、接合方向Ｄ１が接合方向Ｄ２に変わっても、接合ツール２０の傾斜方向である前側Ｄｃを常に移動方向に向けておくことができ、ワーク９に対する摩擦攪拌接合を適切に行うことができる。
これにより、接合ツール２０の回転軸線Ｃｃは、主軸４の軸線Ｒに対して角度Ａｔだけ傾斜した状態のまま、接合ツール２０の先端が接合方向Ｄ２に傾斜した姿勢とされる。従って、接合方向Ｄ１が接合方向Ｄ２に変わっても、接合ツール２０の傾斜方向である前側Ｄｃを常に移動方向に向けておくことができ、ワーク９に対する摩擦攪拌接合を適切に行うことができる。
【0029】
このような本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
本実施形態では、摩擦攪拌接合アタッチメント１０の加工軸１４に接合ツール２０を装着するとともに、工作機械２の主軸４に本体１１を装着する。本体１１において、回転駆動部１５で加工軸１４および接合ツール２０を回転させ、回転する接合ツール２０をワーク９に接触させることで、ワーク９の摩擦攪拌接合を行うことができる。この際、回転駆動部１５は、主軸４からのセンタースルーエアで駆動されるエアモータ等とすることができ、主軸４の回転には依存しない。
一方、主軸４を回転させることで、主軸４とともに本体１１が回転し、本体１１における加工軸１４および接合ツール２０の向き（回転軸線Ｃｃが傾斜した向き）を、任意の向きに変更することができる。
これにより、主軸４を回転させる動作により、接合ツール２０の傾斜方向（前側Ｄｃ）を容易に変更することができる。
本実施形態では、摩擦攪拌接合アタッチメント１０の加工軸１４に接合ツール２０を装着するとともに、工作機械２の主軸４に本体１１を装着する。本体１１において、回転駆動部１５で加工軸１４および接合ツール２０を回転させ、回転する接合ツール２０をワーク９に接触させることで、ワーク９の摩擦攪拌接合を行うことができる。この際、回転駆動部１５は、主軸４からのセンタースルーエアで駆動されるエアモータ等とすることができ、主軸４の回転には依存しない。
一方、主軸４を回転させることで、主軸４とともに本体１１が回転し、本体１１における加工軸１４および接合ツール２０の向き（回転軸線Ｃｃが傾斜した向き）を、任意の向きに変更することができる。
これにより、主軸４を回転させる動作により、接合ツール２０の傾斜方向（前側Ｄｃ）を容易に変更することができる。
【0030】
本実施形態では、回転駆動部１５としてエアモータを用い、主軸４からのセンタースルーエアを用いることで、外部動力の供給などが必要なく、動力源を容易に確保できる。
本実施形態では、加工軸１４が主軸４の軸線Ｒと同軸上であるので、主軸４に直接接合ツール２０を装着した場合と比べて、接合ツール２０の軸線Ｒ方向の位置のみが異なり、ワーク９の表面に対する位置は同じである。従って、主軸４に直接接合ツール２０を装着した場合の制御プログラムを基にして、軸線Ｒ方向の数値修正など最小限の変更だけでこれを転用することができる。
本実施形態では、加工軸１４が主軸４の軸線Ｒと同軸上であるので、主軸４に直接接合ツール２０を装着した場合と比べて、接合ツール２０の軸線Ｒ方向の位置のみが異なり、ワーク９の表面に対する位置は同じである。従って、主軸４に直接接合ツール２０を装着した場合の制御プログラムを基にして、軸線Ｒ方向の数値修正など最小限の変更だけでこれを転用することができる。
【0031】
次に、図４および図５により、本発明の第２実施形態について説明する。
本実施形態は、基本構成については前述した第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。
前述した第１実施形態では、加工軸１４および接合ツール２０が主軸４の軸線Ｒと同軸配置され、主軸４の回転により、本体１１における加工軸１４および接合ツール２０の前側Ｄｃの向き変えを行った。
これに対し、本実施形態では、加工軸１４および接合ツール２０が主軸４の軸線Ｒに対して交差方向に配置され、主軸４の回転により、加工軸１４および接合ツール２０の回転軸線Ｃｃの向き変えを行う。
本実施形態は、基本構成については前述した第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。
前述した第１実施形態では、加工軸１４および接合ツール２０が主軸４の軸線Ｒと同軸配置され、主軸４の回転により、本体１１における加工軸１４および接合ツール２０の前側Ｄｃの向き変えを行った。
これに対し、本実施形態では、加工軸１４および接合ツール２０が主軸４の軸線Ｒに対して交差方向に配置され、主軸４の回転により、加工軸１４および接合ツール２０の回転軸線Ｃｃの向き変えを行う。
【0032】
図４において、摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ａは、工作機械２の主軸４に装着される本体１１Ａを有する。
本体１１Ａは、主軸４側の端部に、第１実施形態と同様なテーパーシャンク１１１およびセンタースルーホール１１２を有する。一方、主軸４と反対側の端部には、拡張部１１３が形成され、拡張部１１３にはセンタースルーホール１１２に連通するエア通路１１４が形成されている。
本体１１Ａは、主軸４側の端部に、第１実施形態と同様なテーパーシャンク１１１およびセンタースルーホール１１２を有する。一方、主軸４と反対側の端部には、拡張部１１３が形成され、拡張部１１３にはセンタースルーホール１１２に連通するエア通路１１４が形成されている。
【0033】
拡張部１１３には、先端に接合ツール２０を装着可能な加工軸１４と、加工軸１４を回転駆動する回転駆動部１５と、が設置されている。
加工軸１４および回転駆動部１５の回転軸線Ｃｃは、主軸４の軸線Ｒと交差方向に配置されている。
回転駆動部１５は、第１実施形態と同様にエアモータで構成され、エア通路１１４およびセンタースルーホール１１２を通して供給される主軸４からのセンタースルーエアを動力源として加工軸１４を回転駆動可能である。
加工軸１４および回転駆動部１５の回転軸線Ｃｃは、主軸４の軸線Ｒと交差方向に配置されている。
回転駆動部１５は、第１実施形態と同様にエアモータで構成され、エア通路１１４およびセンタースルーホール１１２を通して供給される主軸４からのセンタースルーエアを動力源として加工軸１４を回転駆動可能である。
【0034】
加工軸１４の先端は、拡張部１１３の表面から露出され、その先端に接合ツール２０が装着される。
加工軸１４は、回転軸線Ｃｃつまり主軸４の軸線Ｒと交差方向の配置が、加工軸１４に接合ツール２０を装着した際に、接合ツール２０の加工部位（先端位置）が主軸４の軸線Ｒ上となる位置とされている。
加工軸１４は、回転軸線Ｃｃつまり主軸４の軸線Ｒと交差方向の配置が、加工軸１４に接合ツール２０を装着した際に、接合ツール２０の加工部位（先端位置）が主軸４の軸線Ｒ上となる位置とされている。
【0035】
従って、本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ａにおいては、主軸４からセンタースルーホール１１２およびエア通路１１４を通して回転駆動部１５にセンタースルーエアを供給することで、回転駆動部１５により加工軸１４および接合ツール２０が回転駆動（回転動作Ｒｃ）され、図５に示すような円柱状のワーク９Ａに対しても接合ツール２０による摩擦攪拌接合を行うことができる。
この際、接合ツール２０は、回転軸線Ｃｃが軸線Ｒと交差する水平な向きＤｉとされており、ワーク９Ａの垂直な側面の摩擦攪拌接合を行うことができる。摩擦攪拌接合は、接合ツール２０を回転させつつ、その先端を図４に交差する方向（前側Ｄｃ）へ水平に移動させることで行う。
一方、主軸４により本体１１Ａを回転駆動（回転動作Ｒｓ）することで、接合ツール２０の向きＤｉの向き変えを行うことができる。
この際、接合ツール２０は、回転軸線Ｃｃが軸線Ｒと交差する水平な向きＤｉとされており、ワーク９Ａの垂直な側面の摩擦攪拌接合を行うことができる。摩擦攪拌接合は、接合ツール２０を回転させつつ、その先端を図４に交差する方向（前側Ｄｃ）へ水平に移動させることで行う。
一方、主軸４により本体１１Ａを回転駆動（回転動作Ｒｓ）することで、接合ツール２０の向きＤｉの向き変えを行うことができる。
【0036】
図５において、円柱状のワーク９Ａに対し、その周面９３の開始位置９４から終了位置９５までの摩擦攪拌接合を行う場合、接合動作の進行に従って摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ａの向きＤｉおよび前側Ｄｃの向き変えを行う。
先ず、接合ツール２０を回転（回転動作Ｒｃ）させながら、向きＤｉへ移動させ、開始位置９４でワーク９Ａに押込んで接合動作を開始する。そして、接合ツール２０を前側Ｄｃへと移動させ、終了位置９５に至る摩擦攪拌接合を行う。
この際、周面９３の表面に向きＤｉが直交するように、主軸４により本体１１Ａを回転駆動（回転動作Ｒｓ）する。これにより、摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ａの前側Ｄｃについても、周面９３に沿うように向き変えが行われる。
これにより、接合ツール２０は、周面９３に対して常に直交方向とされ、円柱状のワーク９Ａの周面９３に対しても適切な摩擦攪拌接合を行うことができる。
先ず、接合ツール２０を回転（回転動作Ｒｃ）させながら、向きＤｉへ移動させ、開始位置９４でワーク９Ａに押込んで接合動作を開始する。そして、接合ツール２０を前側Ｄｃへと移動させ、終了位置９５に至る摩擦攪拌接合を行う。
この際、周面９３の表面に向きＤｉが直交するように、主軸４により本体１１Ａを回転駆動（回転動作Ｒｓ）する。これにより、摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ａの前側Ｄｃについても、周面９３に沿うように向き変えが行われる。
これにより、接合ツール２０は、周面９３に対して常に直交方向とされ、円柱状のワーク９Ａの周面９３に対しても適切な摩擦攪拌接合を行うことができる。
【0037】
次に、図６により、本発明の第３実施形態について説明する。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｂは、基本構成については前述した第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。
前述した第１実施形態では、回転駆動部１５は、センタースルーホール１１２を通して供給される主軸４からのセンタースルーエアを動力源として、加工軸１４を回転駆動していた。
これに対し、本実施形態では、本体１１の外側に回転自在に装着された固定部１６を通して供給される主軸ヘッド５からのエアを用いている。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｂは、基本構成については前述した第１実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。
前述した第１実施形態では、回転駆動部１５は、センタースルーホール１１２を通して供給される主軸４からのセンタースルーエアを動力源として、加工軸１４を回転駆動していた。
これに対し、本実施形態では、本体１１の外側に回転自在に装着された固定部１６を通して供給される主軸ヘッド５からのエアを用いている。
【0038】
固定部１６は、本体１１に対して図示しない軸受を介して装着され、本体１１と主軸４とは軸線Ｒまわりに相対回転可能である。
固定部１６は一部が径方向外向きに延長され、その先端にサブシャンク１６１が形成されている。
サブシャンク１６１は、テーパーシャンク１１１を主軸４に装着した際に、主軸ヘッド５の受部に嵌合され、サブシャンク１６１を通して本体１１から主軸ヘッド５に至るエア通路１６２が形成される。
本体１１と固定部１６との間には、回転状態でもエア受け渡しが可能な図示しないカップリングが形成されている。
固定部１６は一部が径方向外向きに延長され、その先端にサブシャンク１６１が形成されている。
サブシャンク１６１は、テーパーシャンク１１１を主軸４に装着した際に、主軸ヘッド５の受部に嵌合され、サブシャンク１６１を通して本体１１から主軸ヘッド５に至るエア通路１６２が形成される。
本体１１と固定部１６との間には、回転状態でもエア受け渡しが可能な図示しないカップリングが形成されている。
【0039】
このような摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｂにおいても、前述した第１実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、回転駆動部１５へのエアは、固定部１６のサブシャンク１６１を用いて主軸ヘッド５から供給でき、センタースルーでない主軸４を有する工作機械２においても容易に実施することができる。
さらに、回転駆動部１５へのエアは、固定部１６のサブシャンク１６１を用いて主軸ヘッド５から供給でき、センタースルーでない主軸４を有する工作機械２においても容易に実施することができる。
【0040】
次に、図７により、本発明の第４実施形態について説明する。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｃは、基本構成については前述した第２実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。
前述した第２実施形態では、回転駆動部１５は、センタースルーホール１１２およびエア通路１１４を通して供給される主軸４からのセンタースルーエアを動力源として、加工軸１４を回転駆動していた。
これに対し、本実施形態では、本体１１の外側に回転自在に装着された固定部１６を通して供給される主軸ヘッド５からのエアを用いている。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｃは、基本構成については前述した第２実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。
前述した第２実施形態では、回転駆動部１５は、センタースルーホール１１２およびエア通路１１４を通して供給される主軸４からのセンタースルーエアを動力源として、加工軸１４を回転駆動していた。
これに対し、本実施形態では、本体１１の外側に回転自在に装着された固定部１６を通して供給される主軸ヘッド５からのエアを用いている。
【0041】
固定部１６は、前述した第３実施形態と同様であり、重複する説明は省略する。
このような摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｃにおいても、前述した第２実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、回転駆動部１５へのエアは、固定部１６のサブシャンク１６１を用いて主軸ヘッド５から供給でき、センタースルーでない主軸４を有する工作機械２においても容易に実施することができる。
このような摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｃにおいても、前述した第２実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、回転駆動部１５へのエアは、固定部１６のサブシャンク１６１を用いて主軸ヘッド５から供給でき、センタースルーでない主軸４を有する工作機械２においても容易に実施することができる。
【0042】
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記各実施形態では、回転駆動部１５をエアモータとしたが、回転駆動部１５としては、主軸ヘッド５から外部ケーブルを経て電力供給される電動モータなどとしてもよい。
前記第１実施形態および第３実施形態では、回転駆動部１５および加工軸１４の回転軸線Ｃｃを、主軸４の軸線Ｒに対して角度Ａｔ（０～５度）傾けたが、この角度は適宜選択することができる。また、回転駆動部１５と加工軸１４とをユニバーサルジョイントなどで接続し、回転駆動部１５の回転中心は軸線Ｒとしつつ、加工軸１４の回転軸線Ｃｃを傾けるようにしてもよい。
前記各実施形態では、加工軸１４および接合ツール２０の回転軸線Ｃｃを、主軸４の軸線Ｒに沿った方向（図２および図６参照）、または直交する方向（図４および図７参照）としたが、その中間の任意の角度、例えば４５度などとしてもよく、拡張部１１３に回動機構を追加して角度を選択可能としてもよい。
第２実施形態および第４実施形態では、加工軸１４の位置を、接合ツール２０の先端が主軸４の軸線Ｒにくるように設定したが、軸線Ｒからずれた位置であってもよい。
前記各実施形態では、回転駆動部１５をエアモータとしたが、回転駆動部１５としては、主軸ヘッド５から外部ケーブルを経て電力供給される電動モータなどとしてもよい。
前記第１実施形態および第３実施形態では、回転駆動部１５および加工軸１４の回転軸線Ｃｃを、主軸４の軸線Ｒに対して角度Ａｔ（０～５度）傾けたが、この角度は適宜選択することができる。また、回転駆動部１５と加工軸１４とをユニバーサルジョイントなどで接続し、回転駆動部１５の回転中心は軸線Ｒとしつつ、加工軸１４の回転軸線Ｃｃを傾けるようにしてもよい。
前記各実施形態では、加工軸１４および接合ツール２０の回転軸線Ｃｃを、主軸４の軸線Ｒに沿った方向（図２および図６参照）、または直交する方向（図４および図７参照）としたが、その中間の任意の角度、例えば４５度などとしてもよく、拡張部１１３に回動機構を追加して角度を選択可能としてもよい。
第２実施形態および第４実施形態では、加工軸１４の位置を、接合ツール２０の先端が主軸４の軸線Ｒにくるように設定したが、軸線Ｒからずれた位置であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【0043】
本発明は、摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、摩擦攪拌接合装置、および摩擦攪拌接合方法に利用できる。
【符号の説明】
【0044】
１…摩擦攪拌接合装置、２…工作機械、３…テーブル、４…主軸、５…主軸ヘッド、６…移動機構、６１…ガイドバー、６２…スライダ、７…ベッド、８…カバー、９，９Ａ…ワーク、９１…接合線、９２…接合線、９３…周面、９４…開始位置、９５…終了位置、１０，１０Ａ…摩擦攪拌接合アタッチメント、１１，１１Ａ…本体、１１１…テーパーシャンク、１１２…センタースルーホール、１１３…拡張部、１１４…エア通路、１４…加工軸、１５…回転駆動部、１６…固定部、１６１…サブシャンク、１６２…エア通路、１９…摩擦攪拌接合ヘッド、２０…接合ツール、Ａｒ…傾斜角度、Ａｔ…向き変え角度、Ｃｃ…回転軸線、Ｄ１…接合方向、Ｄ２…接合方向、Ｄｃ…アタッチメントの前側、Ｄｉ…向き、Ｒ…主軸の軸線、Ｒｃ…接合ツールの回転動作、Ｒｓ…主軸の回転動作。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】