特許7555833摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、および摩擦攪拌接合装置
(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】2024-09-13
(45)【発行日】2024-09-25
(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、および摩擦攪拌接合装置
(51)【国際特許分類】
B23K 20/12 20060101AFI20240917BHJP
【ＦＩ】
B23K20/12 342
B23K20/12 340
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2021005049
(22)【出願日】2021-01-15
(65)【公開番号】P2022109641
(43)【公開日】2022-07-28
【審査請求日】2023-08-10
(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】黒石 孝志
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－８７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－１０５９７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１６６２０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１９５８８９（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、
前記本体に設置された複数のエアモータと、
複数の前記エアモータの回転を前記加工軸に伝達する伝達機構と、を有する摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項2】
請求項１に記載の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記エアモータは前記加工軸に対して対称に配置され、
前記伝達機構は、前記加工軸に接続されたセンターギアと、前記エアモータに接続されかつ前記センターギアの外周に噛合された複数のモータギアとを有する摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記本体に設置されて外部から供給される駆動エアを複数の前記エアモータに分配しかつ外部信号で流量調整可能な駆動エア分配器を有する摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項4】
請求項３に記載の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記駆動エアは、前記主軸を通して供給されるセンタースルーエアである摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項5】
請求項３または請求項４に記載の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記本体の外周に回転自在に装着され、かつ前記主軸ヘッドに接続可能な固定部を有し、
前記駆動エアは、前記主軸ヘッドおよび前記固定部を通して供給される外部エアである摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項6】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記加工軸または前記エアモータの回転状態を検出する回転検出器を有する摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項7】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の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摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項8】
請求項７に記載の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摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項9】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の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摩擦攪拌接合アタッチメント。
【請求項10】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載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、を有する摩擦攪拌接合ヘッド。
【請求項11】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載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前記工作機械と、を有する摩擦攪拌接合装置。
【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、および摩擦攪拌接合装置に関する。
【背景技術】
【0002】
汎用の工作機械に摩擦攪拌接合用の接合ツールを装着し、摩擦攪拌接合装置として用いることがなされている（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。
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】
前述した接合ツールの傾斜方向の向き変え、あるいはアングルヘッドの向き変えを容易に行うために、本願の出願人は、主軸により向き変えが可能な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開発した（特願２０２０－０７５４９０）。
この技術では、工作機械の主軸に装着される本体に、接合ツールを装着可能な加工軸を回転自在に支持し、加工軸を回転駆動する回転駆動部を設け、接合ツールの回転を回転駆動部によって行うことで、主軸の回転を本体の向き変えに利用できるようにしている。
この際、回転駆動部として、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が用いられていた。
この技術では、工作機械の主軸に装着される本体に、接合ツールを装着可能な加工軸を回転自在に支持し、加工軸を回転駆動する回転駆動部を設け、接合ツールの回転を回転駆動部によって行うことで、主軸の回転を本体の向き変えに利用できるようにしている。
この際、回転駆動部として、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が用いられていた。
【0008】
しかし、エアモータによる駆動では、接合ツールに十分な回転トルクが得にくく、安定した摩擦攪拌接合を行うための改善が必要であった。
さらに、エアモータではエア流量によりトルクが変動し、エアモータを制御するために供給するエア流量を調整するだけではトルクの安定化ができなかった。
さらに、エアモータではエア流量によりトルクが変動し、エアモータを制御するために供給するエア流量を調整するだけではトルクの安定化ができなかった。
【0009】
本発明の目的は、接合ツールをエアモータで駆動する際に十分なトルクが得られる摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、および摩擦攪拌接合装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、接合ツールをエアモータで駆動する際にトルクを安定化できる摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、および摩擦攪拌接合装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、接合ツールをエアモータで駆動する際にトルクを安定化できる摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、および摩擦攪拌接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0010】
工作機械の主軸ヘッド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、前記本体に設置された複数のエアモータと、複数の前記エアモータの回転を前記加工軸に伝達する伝達機構と、を有する摩擦攪拌接合アタッチメント。
【0011】
このような本発明では、複数のエアモータのトルクを伝達機構で合成して加工軸に伝達することができる。従って、エアモータの個々のトルクが十分に大きくなくとも、接合ツールにおいて十分なトルクを得ることができる。とくに、必要に応じてエアモータの数を増加させることで、接合ツールにおけるトルクを更に増加させることができる。
さらに、本発明では、エアモータを複数にすることで接合ツールでのトルク増加が可能であるため、減速によるトルク増加が必要ない。このため、伝達機構での増速が可能であり、接合ツールの回転速度の高速化が可能となる。
さらに、本発明では、エアモータを複数にすることで接合ツールでのトルク増加が可能であるため、減速によるトルク増加が必要ない。このため、伝達機構での増速が可能であり、接合ツールの回転速度の高速化が可能となる。
【0012】
本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記エアモータは前記加工軸に対して対称に配置され、前記伝達機構は、前記加工軸に接続されたセンターギアと、前記エアモータに接続されかつ前記センターギアの外周に噛合された複数のモータギアとを有することが好ましい。
このような本発明では、加工軸を中心に本体の重量バランスがとりやすく、伝達機構のトルクバランスも整えることができる。
このような本発明では、加工軸を中心に本体の重量バランスがとりやすく、伝達機構のトルクバランスも整えることができる。
【0013】
本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記本体に設置されて外部から供給される駆動エアを複数の前記エアモータに分配しかつ外部信号で流量調整可能な駆動エア分配器を有することが好ましい。
このような本発明では、単一経路からの駆動エアを複数のエアモータで共用できるとともに、外部の制御装置により各エアモータの回転状態を制御することができる。
このような本発明では、単一経路からの駆動エアを複数のエアモータで共用できるとともに、外部の制御装置により各エアモータの回転状態を制御することができる。
【0014】
本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記駆動エアは、前記主軸を通して供給されるセンタースルーエアであることが好ましい。
このような本発明では、駆動エア供給のための構成を簡素化できる。
このような本発明では、駆動エア供給のための構成を簡素化できる。
【0015】
本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記本体の外周に回転自在に装着され、かつ前記主軸ヘッドに接続可能な固定部を有し、前記駆動エアは、前記主軸ヘッドおよび前記固定部を通して供給される外部エアであることが好ましい。
このような本発明では、主軸を通したセンタースルーエアの限界を超える流量の駆動エアを供給することができる。また、センタースルーエアの供給機構がない工作機械であっても、主軸ヘッドにエア供給配管を設置する簡単な施工だけで本発明を適用できる。
本発明において、駆動エアとして、外部エアとセンタースルーエアとを併用してもよい。
このような本発明では、主軸を通したセンタースルーエアの限界を超える流量の駆動エアを供給することができる。また、センタースルーエアの供給機構がない工作機械であっても、主軸ヘッドにエア供給配管を設置する簡単な施工だけで本発明を適用できる。
本発明において、駆動エアとして、外部エアとセンタースルーエアとを併用してもよい。
【0016】
本発明の摩擦攪拌接合アタッチメントにおいて、前記加工軸または前記エアモータの回転状態を検出する回転検出器を有することが好ましい。
このような本発明では、回転状態を検出して駆動エアの流量制御にフィードバックすることで、接合ツールの回転状態およびトルクの安定化を図ることができる。
本発明の回転検出器としては、ロータリーエンコーダや角度センサ、回転カウンタなどの既存の機器を適宜選択することができる。エアモータないし加工軸は伝達機構で連携されているため、エアモータでの回転検出はエアモータのいずれか１個だけでよい。
このような本発明では、回転状態を検出して駆動エアの流量制御にフィードバックすることで、接合ツールの回転状態およびトルクの安定化を図ることができる。
本発明の回転検出器としては、ロータリーエンコーダや角度センサ、回転カウンタなどの既存の機器を適宜選択することができる。エアモータないし加工軸は伝達機構で連携されているため、エアモータでの回転検出はエアモータのいずれか１個だけでよい。
【0017】
本発明の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。
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。
【0018】
本発明の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、常に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。
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、常に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。
【0019】
本発明の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が好ましい。
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。
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。
【0020】
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摩擦攪拌接合ヘッド。
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。
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。
【0021】
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摩擦攪拌接合装置。
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。
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】
【0022】
本発明によれば、接合ツールをエアモータで駆動する際に十分なトルクが得られる摩擦攪拌接合アタッチメント、摩擦攪拌接合ヘッド、および摩擦攪拌接合装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【図1】本発明の第１実施形態の工作機械を示す斜視図。
【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図。
【図3】前記第１実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメントの回転駆動部および制御装置を示す図。
【図4】前記第１実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメントの伝達機構を示す図。
【図5】本発明の第２実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメントの回転駆動部および制御装置を示す図。
【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図。
【図8】本発明の第５実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメントを示す図。
【発明を実施するための形態】
【0024】
〔第１実施形態〕
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。摩擦攪拌接合アタッチメント１０および接合ツール２０により本発明の摩擦攪拌接合ヘッド１９が構成される。
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。摩擦攪拌接合アタッチメント１０および接合ツール２０により本発明の摩擦攪拌接合ヘッド１９が構成される。
【0025】
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。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。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。
【0026】
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廻りに回転可能（Ｃ軸方向の回転動作Ｒｓ）、かつ指定された角度位置に停止可能である。
主軸４には摩擦攪拌接合ヘッド１９が装着され、すなわち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。
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。
工作機械２には、コンピュータシステムを用いた制御装置３０が接続され、制御装置３０により移動機構６の移動制御、および主軸４の回転制御が実行される。
主軸４には摩擦攪拌接合ヘッド１９が装着され、すなわち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。
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。
工作機械２には、コンピュータシステムを用いた制御装置３０が接続され、制御装置３０により移動機構６の移動制御、および主軸４の回転制御が実行される。
【0027】
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、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、本体１１に回転自在に装着されかつ主軸ヘッドに接続可能な固定部１６と、を有する。
【0028】
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。
本体１１は、テーパーシャンク１１１と反対側に、軸線Ｒと交差方向に張り出す拡張部１１３を有する。拡張部１１３には、センタースルーホール１１２に連通する拡張エア通路１１４が形成され、拡張エア通路１１４を通してセンタースルーホール１１２から回転駆動部１５へと駆動エアが供給可能である。
本体１１は、テーパーシャンク１１１と反対側に、軸線Ｒと交差方向に張り出す拡張部１１３を有する。拡張部１１３には、センタースルーホール１１２に連通する拡張エア通路１１４が形成され、拡張エア通路１１４を通してセンタースルーホール１１２から回転駆動部１５へと駆動エアが供給可能である。
【0029】
加工軸１４は、拡張部１１３の軸線Ｒに向かう側に設置され、軸線Ｒと交差する軸線Ｃｃを中心に回転可能（回転動作Ｒｃ）である。加工軸１４に装着された接合ツール２０の加工部位である先端Ｔｃは軸線Ｒ上に配置される。
回転駆動部１５は、外部から供給される駆動エアにより回転する複数のエアモータを有し、加工軸１４を回転駆動可能である。回転駆動部１５の詳細は後述する。
回転駆動部１５は、外部から供給される駆動エアにより回転する複数のエアモータを有し、加工軸１４を回転駆動可能である。回転駆動部１５の詳細は後述する。
【0030】
固定部１６は、本体１１から離れた先端にサブシャンク１６１を有し、サブシャンク１６１を介して主軸ヘッド５に接続可能である。
固定部１６には外部エア通路１６２が形成され、外部エア通路１６２にはサブシャンク１６１を通して主軸ヘッド５から外部エアが供給される。外部エア通路１６２の反対側はセンタースルーホール１１２に接続され、主軸ヘッド５からの外部エアは、主軸４からのセンタースルーエアと合流され、回転駆動部１５へと供給可能である。
固定部１６には外部エア通路１６２が形成され、外部エア通路１６２にはサブシャンク１６１を通して主軸ヘッド５から外部エアが供給される。外部エア通路１６２の反対側はセンタースルーホール１１２に接続され、主軸ヘッド５からの外部エアは、主軸４からのセンタースルーエアと合流され、回転駆動部１５へと供給可能である。
【0031】
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の側面などに対する摩擦攪拌接合が可能である。
さらに、主軸４により本体１１を回転駆動すること（回転動作Ｒｓ）で、ワーク９の側面の向きに応じて接合ツール２０の向きＤｉを変更可能である。主軸４により本体１１を回転させた場合でも、固定部１６はサブシャンク１６１で回り止めされており、主軸ヘッド５に対して固定される。
さらに、主軸４により本体１１を回転駆動すること（回転動作Ｒｓ）で、ワーク９の側面の向きに応じて接合ツール２０の向きＤｉを変更可能である。主軸４により本体１１を回転させた場合でも、固定部１６はサブシャンク１６１で回り止めされており、主軸ヘッド５に対して固定される。
【0032】
図３において、回転駆動部１５は、複数例えば２個のエアモータ１５１，１５２と、伝達機構１５３と、拡張エア通路１１４から供給される駆動エアをエアモータ１５１，１５２に分配する駆動エア分配器１５４と、加工軸１４の回転状態を検出する回転検出器１５５と、を有する。
【0033】
エアモータ１５１，１５２は、供給された外部エアの圧力をトルク（回転力）に変換する圧力モータであり、ベーン型やタービン型などの比較的高速回転するものが好ましいが、ラジアルピストン型ほかの形式であってもよい。
伝達機構１５３は、エアモータ１５１，１５２の回転を加工軸１４に伝達するものであり、例えば噛み合い式の歯車機構が用いられる。
伝達機構１５３は、エアモータ１５１，１５２の回転を加工軸１４に伝達するものであり、例えば噛み合い式の歯車機構が用いられる。
【0034】
図４において、エアモータ１５１，１５２は加工軸１４の軸線Ｃｃを挟んで対称に、互いに並列配置されている。加工軸１４にはセンターギア１５６が固定され、エアモータ１５１，１５２の回転軸にはそれぞれモータギア１５７，１５８が固定されている。モータギア１５７，１５８は、それぞれセンターギア１５６を挟んで反対側からセンターギア１５６に噛合されている。
従って、エアモータ１５１，１５２のトルクはモータギア１５７，１５８からセンターギア１５６に伝達されて合成され、加工軸１４のトルクとして取り出される。
これらのセンターギア１５６およびモータギア１５７，１５８により伝達機構１５３が構成されている。
従って、エアモータ１５１，１５２のトルクはモータギア１５７，１５８からセンターギア１５６に伝達されて合成され、加工軸１４のトルクとして取り出される。
これらのセンターギア１５６およびモータギア１５７，１５８により伝達機構１５３が構成されている。
【0035】
駆動エア分配器１５４は、外部信号で流量調整可能な開度調整弁などで構成され、拡張エア通路１１４から供給される駆動エアをエアモータ１５１，１５２に分配し、かつエアモータ１５１，１５２への駆動エアの流量を個別に調整可能である。
回転検出器１５５は、加工軸１４の周面に臨む位置に設置された光学式カウンタやロータリーエンコーダで構成され、加工軸１４の回転状態を検出して外部信号として出力可能である。
回転検出器１５５は、加工軸１４の周面に臨む位置に設置された光学式カウンタやロータリーエンコーダで構成され、加工軸１４の回転状態を検出して外部信号として出力可能である。
【0036】
制御装置３０には、回転検出器１５５からの出力信号から加工軸１４の回転速度を検出する回転検出部３１が設置されている。
さらに、制御装置３０には駆動エア制御部３２が設置されており、ワーク９に対する加工内容に応じて駆動エア分配器１５４による駆動エア流量を調整可能である。この際、駆動エア制御部３２は、回転検出部３１で検出される回転速度を参照し、加工内容に応じた接合ツール２０の回転状態が得られるように駆動エア分配器１５４に対する調整を行う。
これらの駆動エア制御部３２および回転検出部３１により、回転駆動部１５による加工軸１４ないし接合ツール２０の回転駆動を所望の状態としかつ安定化できる。
さらに、制御装置３０には駆動エア制御部３２が設置されており、ワーク９に対する加工内容に応じて駆動エア分配器１５４による駆動エア流量を調整可能である。この際、駆動エア制御部３２は、回転検出部３１で検出される回転速度を参照し、加工内容に応じた接合ツール２０の回転状態が得られるように駆動エア分配器１５４に対する調整を行う。
これらの駆動エア制御部３２および回転検出部３１により、回転駆動部１５による加工軸１４ないし接合ツール２０の回転駆動を所望の状態としかつ安定化できる。
【0037】
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０、摩擦攪拌接合ヘッド１９、および摩擦攪拌接合装置１によれば、下記に示す効果が得られる。
本実施形態では、複数（２個）のエアモータ１５１，１５２のトルクを伝達機構１５３で合成して加工軸１４に伝達することができる。従って、エアモータ１５１，１５２の個々のトルクが十分に大きくなくとも、接合ツール２０において十分なトルクを得ることができる。本実施形態では２個のエアモータ１５１，１５２を用いたが、必要に応じてエアモータの数を増加させることで、接合ツール２０におけるトルクを更に増加させることができる。
さらに、本実施形態では、エアモータ１５１，１５２を複数にすることで接合ツール２０でのトルク増加が可能であるため、減速によるトルク増加が必要ない。このため、伝達機構１５３での増速が可能であり、接合ツール２０の回転速度の高速化が可能となる。
本実施形態では、複数（２個）のエアモータ１５１，１５２のトルクを伝達機構１５３で合成して加工軸１４に伝達することができる。従って、エアモータ１５１，１５２の個々のトルクが十分に大きくなくとも、接合ツール２０において十分なトルクを得ることができる。本実施形態では２個のエアモータ１５１，１５２を用いたが、必要に応じてエアモータの数を増加させることで、接合ツール２０におけるトルクを更に増加させることができる。
さらに、本実施形態では、エアモータ１５１，１５２を複数にすることで接合ツール２０でのトルク増加が可能であるため、減速によるトルク増加が必要ない。このため、伝達機構１５３での増速が可能であり、接合ツール２０の回転速度の高速化が可能となる。
【0038】
本実施形態では、２個のエアモータ１５１，１５２を加工軸１４に対して対称に配置するとともに、加工軸１４に接続されたセンターギア１５６と、エアモータ１５１，１５２に接続されかつセンターギア１５６の外周に噛合された複数のモータギア１５７，１５８とで伝達機構１５３を構成した。このため、回転駆動部１５において、加工軸１４を中心に本体１１の拡張部１１３における重量バランスがとりやすく、伝達機構１５３のトルクバランスも整えることができる。
【0039】
本実施形態では、外部から供給される駆動エアを複数のエアモータ１５１，１５２に分配するために、外部信号で流量調整可能な駆動エア分配器１５４を設けた。このため、単一経路である拡張エア通路１１４からの駆動エアを、複数のエアモータ１５１，１５２で共用できるとともに、外部の制御装置３０の駆動エア制御部３２により各エアモータ１５１，１５２の回転状態を制御することができる。
【0040】
本実施形態では、駆動エアとして、主軸４を通して供給されるセンタースルーエアと、主軸ヘッド５から固定部１６を経由して供給される外部エアとを併用した。このため、既存のセンタースルーエアを用いることで駆動エア供給のための構成を簡素化できるとともに、固定部１６からの外部エアにより、センタースルーエアの限界を超える流量の駆動エアを供給することができる。
さらに、センタースルーエアの供給機構がない工作機械２であっても、主軸ヘッド５にエア供給配管を設置する簡単な施工だけで本発明を適用できる。
さらに、センタースルーエアの供給機構がない工作機械２であっても、主軸ヘッド５にエア供給配管を設置する簡単な施工だけで本発明を適用できる。
【0041】
本実施形態では、加工軸１４の回転状態を検出する回転検出器１５５を設置したため、加工軸１４の回転状態を検出してエアモータ１５１，１５２への駆動エアの流量制御にフィードバックすることで、接合ツール２０の回転状態およびトルクの安定化を図ることができる。
【0042】
本実施形態では、加工軸１４が、主軸４の軸線Ｒと交差方向（軸線Ｃｃの向き）に配置されている。このため、例えば垂直方向（Ｚ軸方向）の主軸４に装着することで、加工軸１４および接合ツール２０を水平方向（ＸＹ平面方向）に支持することができ、ワーク９側面の摩擦攪拌接合を行うことができる。そして、主軸４により本体１１の向きを変えることで、加工軸１４および接合ツール２０の向きＤｉを変更することができる。
【0043】
本実施形態では、加工軸１４の軸線Ｃｃ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の加工部位である先端Ｔｃが主軸４の軸線Ｒ上となる位置とされている。このため、主軸４ないし接合ツール２０の向きＤｉがどの方向であっても、接合ツール２０の加工部位である先端Ｔｃが主軸４の軸線Ｒ上となる。従って、接合ツール２０の向きＤｉに関わりなく、ワーク９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。
【0044】
〔第２実施形態〕
図５には本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ａは、前述した第１実施形態と略同じ構成を有するが、回転駆動部１５の構成が異なる。このため、同じ構成についての重複する説明は省略し、相違する部分について説明する。
図５には本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ａは、前述した第１実施形態と略同じ構成を有するが、回転駆動部１５の構成が異なる。このため、同じ構成についての重複する説明は省略し、相違する部分について説明する。
【0045】
図５において、本実施形態の回転駆動部１５Ａは、前述した第１実施形態と同様に複数のエアモータ１５１Ａ，１５２Ａと、駆動エア分配器１５４と、回転検出器１５５と、を有する。
前述した第１実施形態ではエアモータ１５１，１５２が並列に配置され、各々の回転が歯車式の伝達機構１５３で合流されていた。これに対し、エアモータ１５１Ａ，１５２Ａは直列に配置されている。そして、加工軸１４が延長されてエアモータ１５１Ａ，１５２Ａの中心を順次貫通されており、この加工軸１４の延長部分によりエアモータ１５１Ａ，１５２Ａのトルクが合成されて加工軸１４に伝達される。このような加工軸１４の延長部分により伝達機構１５３Ａが構成されている。
このような本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ａ、摩擦攪拌接合ヘッド１９、および摩擦攪拌接合装置１によっても、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。
前述した第１実施形態ではエアモータ１５１，１５２が並列に配置され、各々の回転が歯車式の伝達機構１５３で合流されていた。これに対し、エアモータ１５１Ａ，１５２Ａは直列に配置されている。そして、加工軸１４が延長されてエアモータ１５１Ａ，１５２Ａの中心を順次貫通されており、この加工軸１４の延長部分によりエアモータ１５１Ａ，１５２Ａのトルクが合成されて加工軸１４に伝達される。このような加工軸１４の延長部分により伝達機構１５３Ａが構成されている。
このような本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ａ、摩擦攪拌接合ヘッド１９、および摩擦攪拌接合装置１によっても、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。
【0046】
〔第３実施形態〕
図６には本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｂは、前述した第１実施形態と略同じ構成を有するが、固定部１６が省略されている点が異なる。このため、同じ構成についての重複する説明は省略し、相違する部分について説明する。
図６には本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｂは、前述した第１実施形態と略同じ構成を有するが、固定部１６が省略されている点が異なる。このため、同じ構成についての重複する説明は省略し、相違する部分について説明する。
【0047】
図６において、本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｂには前述した第１実施形態のような固定部１６がなく、回転駆動部１５に供給される駆動エアはセンタースルーホール１１２からのセンタースルーエアだけである。従って、本実施形態では、前述した第１実施形態における外部エア通路１６２からの外部エアが利用できないが、固定部１６がない分構造を簡素にでき、その他の効果については第１実施形態と同様である。
【0048】
〔第４実施形態〕
図７には本発明の第４実施形態が示されている。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｃは、前述した第１実施形態と略同じ構成を有するが、本体１１に拡張部１１３がなく、加工軸１４および回転駆動部１５は主軸４と略同軸で下向きに設置されている点が異なる。このため、同じ構成についての重複する説明は省略し、相違する部分について説明する。
図７には本発明の第４実施形態が示されている。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｃは、前述した第１実施形態と略同じ構成を有するが、本体１１に拡張部１１３がなく、加工軸１４および回転駆動部１５は主軸４と略同軸で下向きに設置されている点が異なる。このため、同じ構成についての重複する説明は省略し、相違する部分について説明する。
【0049】
図７において、加工軸１４回転駆動部１５は本体１１の下端に下向きに設置されている。この際、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の回転中心の軸線Ｃｃは、本体１１に対して０～５度程度の角度Ａｔに傾けられ、この軸線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１０Ｃの前側Ｄｃとされている。
加工軸１４の回転中心の軸線Ｃｃは、本体１１に対して０～５度程度の角度Ａｔに傾けられ、この軸線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１０Ｃの前側Ｄｃとされている。
【0050】
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｃにおいては、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。
この際、主軸４により本体１１を回転駆動すること（回転動作Ｒｓ）で、ワーク９における接合ツール２０の移動方向に応じて摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｃの前側Ｄｃの向き変えを行うことができる。
本実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様な効果が得られるとともに、接合ツール２０の角度Ａｔの傾きを接合ツール２０の移動方向に応じて適切に調整でき、ワーク９に対して安定した摩擦攪拌接合を行うことができる。
この際、主軸４により本体１１を回転駆動すること（回転動作Ｒｓ）で、ワーク９における接合ツール２０の移動方向に応じて摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｃの前側Ｄｃの向き変えを行うことができる。
本実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様な効果が得られるとともに、接合ツール２０の角度Ａｔの傾きを接合ツール２０の移動方向に応じて適切に調整でき、ワーク９に対して安定した摩擦攪拌接合を行うことができる。
【0051】
〔第５実施形態〕
図８には本発明の第５実施形態が示されている。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｄは、前述した第１実施形態と略同じ構成を有するが、固定部１６が省略されている点が異なるとともに、本体１１に拡張部１１３がなく、加工軸１４および回転駆動部１５は主軸４と略同軸で下向きに設置されている点が異なる。このため、同じ構成についての重複する説明は省略し、相違する部分について説明する。
図８には本発明の第５実施形態が示されている。
本実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０Ｄは、前述した第１実施形態と略同じ構成を有するが、固定部１６が省略されている点が異なるとともに、本体１１に拡張部１１３がなく、加工軸１４および回転駆動部１５は主軸４と略同軸で下向きに設置されている点が異なる。このため、同じ構成についての重複する説明は省略し、相違する部分について説明する。
【0052】
このような本実施形態では、前述した第３実施形態のように、固定部１６がない分構造を簡素にでき、その他の効果については第１実施形態と同様である。さらに、前述した第４実施形態のように、接合ツール２０の角度Ａｔの傾きを接合ツール２０の移動方向に応じて適切に調整でき、ワーク９に対して安定した摩擦攪拌接合を行うことができる。
【0053】
〔他の実施形態〕
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。
前記実施形態では、回転駆動部１５に２個のエアモータ１５１，１５２を並列配置し（図３参照）、回転駆動部１５Ａに２個のエアモータ１５１Ａ，１５２Ａを直列配置した（図５参照）が、エアモータの数は３以上であってもよい。回転駆動部１５のようにエアモータを並列に配置する場合、図４のセンターギア１５６の周囲に均等配置していけばよい。回転駆動部１５Ａのようにエアモータを直列に配置する場合は、単純に増設してゆけばよい。
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。
前記実施形態では、回転駆動部１５に２個のエアモータ１５１，１５２を並列配置し（図３参照）、回転駆動部１５Ａに２個のエアモータ１５１Ａ，１５２Ａを直列配置した（図５参照）が、エアモータの数は３以上であってもよい。回転駆動部１５のようにエアモータを並列に配置する場合、図４のセンターギア１５６の周囲に均等配置していけばよい。回転駆動部１５Ａのようにエアモータを直列に配置する場合は、単純に増設してゆけばよい。
【0054】
前述した第１実施形態、第２実施形態、第４実施形態では、それぞれ固定部１６を通して外部エアを受け、センタースルーホール１１２からのセンタースルーエアと合流させるとしたが、固定部１６からの外部エアだけを駆動エアとして回転駆動部１５，１５Ａを駆動してもよい。例えば、工作機械２にセンタースルーエアの供給機能がない場合であっても、主軸ヘッド５に外部エアの供給設備を増設するだけで、第１実施形態、第２実施形態、第４実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０，１０Ａ，１０Ｃを利用可能である。
さらに、第１実施形態、第２実施形態、第４実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０，１０Ａ，１０Ｃにおいては、センタースルーホール１１２を省略し、固定部１６からの外部エアだけで回転駆動部１５，１５Ａを駆動してもよい。
さらに、第１実施形態、第２実施形態、第４実施形態の摩擦攪拌接合アタッチメント１０，１０Ａ，１０Ｃにおいては、センタースルーホール１１２を省略し、固定部１６からの外部エアだけで回転駆動部１５，１５Ａを駆動してもよい。
【0055】
前記各実施形態では、駆動エア分配器１５４により、外部制御で各エアモータ１５１，１５２（または各エアモータ１５１Ａ，１５２Ａ）への駆動エア供給をバランス調整するとしたが、単なる分岐管を用いてもよく、駆動エア分配器１５４は省略してもよい。
【0056】
前記各実施形態では、回転検出器１５５により加工軸１４の回転状態を検出したが、いずれかの回転検出器１５５は各エアモータ１５１，１５２のいずれかの軸の回転を検出してもよい。回転検出器１５５としては、ロータリーエンコーダや角度センサ、回転カウンタなどの既存の機器を適宜選択することができる。
なお、回転検出器１５５により回転検出を行うことは必須ではなく、外部から非接触で接合ツール２０の回転を検出する手段を併用できる場合など、回転検出器１５５は省略してもよい。
なお、回転検出器１５５により回転検出を行うことは必須ではなく、外部から非接触で接合ツール２０の回転を検出する手段を併用できる場合など、回転検出器１５５は省略してもよい。
【0057】
前述した第１ないし第３の実施形態において、加工軸１４を主軸４の軸線Ｒと交差方向の軸線Ｃｃで配置し、加工軸１４に接合ツール２０を装着した際に接合ツール２０の加工部位である先端Ｔｃが主軸４の軸線Ｒ上となる位置としたが、これとは異なる位置に接合ツール２０が配置されていてもよい。ただし、主軸４ないし接合ツール２０の向きＤｉがどの方向であっても、常に接合ツール２０の加工部位である先端Ｔｃが主軸４の軸線Ｒ上となる、という効果は得られない。
【産業上の利用可能性】
【0058】
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、および摩擦攪拌接合装置に利用できる。
【符号の説明】
【0059】
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、７…ベッド、８…カバー、９…ワーク、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ…摩擦攪拌接合アタッチメント、１１…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…拡張エア通路、１４…加工軸、１５，１５Ａ…回転駆動部、１５１，１５２，１５１Ａ，１５２Ａ…エアモータ、１５３，１５３Ａ…伝達機構、１５４…駆動エア分配器、１５５…回転検出器、１５６…センターギア、１５７，１５８…モータギア、１６…固定部、１６１…サブシャンク、１６２…外部エア通路、１９…摩擦攪拌接合ヘッド、２０…接合ツール、３０…制御装置、３１…回転検出部、３２…駆動エア制御部、６１…ガイドバー、６２…スライダ、Ａｔ…角度、Ｃｃ…軸線、Ｄｃ…前側、Ｄｉ…向き、Ｒ…軸線、Ｒｃ…回転動作、Ｒｓ…回転動作、Ｔｃ…先端。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】