接合体の製造方法および物品搬送機
【課題】 アルミニウムまたはその合金等の金属製の角材フレーム等の被接合材同士を摩擦攪拌接合により接合する方法であって、その接合部の外観が良好で、歪みがなく、十分な接合強度を有し、且つ製造効率よく低コストで得られる接合体の製造方法およびこの接合体を用いた物品搬送機を提供する。
【解決手段】 被接合材同士を突き合わせ摩擦攪拌接合により接合面を接合して接合体を製造する方法であって、一の被接合材２２にピン孔を設け、該被接合材のピン孔と摩擦接合装置の定盤３０に設けられたピン孔とを合わせ、該ピン孔にピン５０を挿入することにより一の被接合材２２を定盤３０に位置決め固定し、該被接合材の接合面に他の被接合材２１の接合面を押し当てた状態で摩擦攪拌接合する。この場合、固定ガイド４１、４２、４３を併用するのが好ましい。
【解決手段】 被接合材同士を突き合わせ摩擦攪拌接合により接合面を接合して接合体を製造する方法であって、一の被接合材２２にピン孔を設け、該被接合材のピン孔と摩擦接合装置の定盤３０に設けられたピン孔とを合わせ、該ピン孔にピン５０を挿入することにより一の被接合材２２を定盤３０に位置決め固定し、該被接合材の接合面に他の被接合材２１の接合面を押し当てた状態で摩擦攪拌接合する。この場合、固定ガイド４１、４２、４３を併用するのが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合により、例えば断面方形の金属製角材フレームのような被接合部材を接合する接合体の製造方法およびこの接合体を用いた物品搬送機に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種製品の製造現場では物品の搬送機が使用されることが多い。この種の搬送機として、物品を下方から上方へ運ぶ場合には、例えばＬ型の搬送機（株式会社下西製作所製の商品名「Ｌアップ型マグネポータ」）などが使用される。このようなＬ型の搬送機は、通常、水平な金属製の脚部フレームとこの脚部フレームから垂直あるいは傾斜して接合された支柱フレームとを筐体の骨格フレームとして相対向して配置し、これに側板などの各種部材を取り付けて長筐状に作製される。
【０００３】
従来、上記のようなＬ型の搬送機の骨格フレームにおいて、上記脚部フレームと支柱フレームは、一般にアルミニウムまたはその合金等の断面方形の金属製押出角材を適当な長さに切断して上記脚部フレームと支柱フレームを作製し、この脚部フレームと支柱フレームの継ぎ目の側面に当て板を介してボルトナットで接合されている。
【０００４】
この種の搬送機にあっては、その使用態様により物品の搬送高さの異なる搬送機が要求される。この場合、上記支柱フレームを構成する頭部フレームとこれに続く延長部フレームとをモジュール化し、搬送機に要求される寸法に応じて延長部フレームを必要な数だけ継ぎ足すようにすれば、容易に長尺の支柱フレームの製作に対応でき、フレーム部品の点数も削減でき、搬送高さが異なる搬送機の製作が容易となり、納期の短縮やコスト低減が図れる。
【０００５】
しかしながら、支柱フレームの頭部フレームと延長部フレームとの接合およびこの支柱フレームと脚部フレームとの接合を、当て板を介してボルトナットで接合する従来方法では、接合作業に手間がかかり、そのため製造効率が低下し、得られる搬送機がコスト高になり、しかもフレーム接合部の当て板やボルトナットが目立ちすぎて外観も劣るという問題がある。
【０００６】
ところで、各種の被接合部材を接合する方法として摩擦攪拌接合法が広く知られている（例えば特許文献１、２および非特許文献１参照）。この摩擦攪拌接合法によれば、アーク溶接などの溶融溶接に比べて、接合歪みが生ぜず、接合部における接合強度が強く、外観も優れるいという利点がある。
【０００７】
そこで、発明者は、上述のようなアルミニウムまたはその合金等の断面方形の金属製押出角材からなる被接合部材を用いて、摩擦攪拌接合により突き合わせ接合を試みたが従来の摩擦攪拌接合法では、突き合わせ面が互いにずれてこれを正確に一致させることが難しく、そのため良好な外観および接合強度を有する接合体を製造することができなかった。
従来、被接合部材の固定は定盤にクランプを取り付け、クランプにより挟み込むか又はクランプで定盤に押し付けて固定する方法がとられている。さらに進んだ摩擦攪拌接合装置による接合方法も提案されている（例えば特許文献３、４参照）。しかしながら、これらの方法は長尺の部材を接合するときや、斜めに接合するときに微妙に寸法や角度がずれるという問題に対処するものではない。
【特許文献１】特許第２７１２８３８号公報
【特許文献２】特許第２７９２２３３号公報
【特許文献３】特開２００５−１８６０８４号公報
【特許文献４】特開平１１−２８５８５号公報
【非特許文献１】榎本正敏,溶接学会誌,69-7(2000),pp18-22
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長尺の被接合材、あるいは斜めに被接合体を摩擦攪拌接合により突き合わせ接合して、接合体を製造する方法であって、その接合部の外観が良好で十分な接合強度を有し、且つ製造効率よく低コストで得られる接合体の製造方法およびこの接合体を用いた物品搬送機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、次のような特徴を有する接合体の製造方法およびこの接合体を用いた物品搬送機により達成することができる。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明は、被接合部材同士を突き合わせ摩擦攪拌接合により接合する接合体の製造方法であって、一の被接合部材にピン孔を設け、該ピン孔と、定盤に予め設けられたピン孔又は定盤に固定された固定部材に設けられたピン孔との位置を合わせ、これ等のピン孔にピンを挿入してピン留めすることにより被接合部材を定盤に位置決め固定し、前記一の被接合部材に他の被接合材を押圧した状態で突き合わせ面を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合体の製造方法である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、一の被接合部材と他の被接合部材の突き合わせ面を一致させるための固定ガイドを併用することを特徴とする接合部材の製造方法である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、一の被接合部材に対して他の被接合部材を斜め方向に接合する場合に、一の被接合部材と他の被接合部材の突き合わせ面を一致させるための斜行固定ガイドを用いることを特徴とする接合体の製造方法である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る発明において、被接合部材がアルミニウムまたはその合金からなる断面方形の角材フレームからなることを特徴とする接合体の製造方法である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明により得られた角材フレームを筐体の骨格フレームとすることを特徴とする物品搬送機である。
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、断面方形の金属製押出角材からなる被接合部材を用いたが、本発明ではこのような被接合部材に限定されず、例えば平板や断面山形の金属材料にも適用できる。
【００１６】
図１は本発明の接合体の製造方法で得られる接合体の一例を示す斜視図である。図１において、１０は脚部フレーム、２０は支柱フレームであり、この支柱フレーム２０は頭部フレーム２１と延長部フレーム２２とが摩擦攪拌接合により接合（ａ）されてなり、さらに脚部フレーム１０と支柱フレーム２０とは、脚部フレーム１０と支柱フレーム２０の延長部フレーム２２とを摩擦攪拌接合することにより接合（ｂ）されている。こうして、Ｌ型の骨格フレームが形成されている。
【００１７】
上記各フレームの材質としては、摩擦攪拌接合が可能な金属、例えばアルミニウムおよびその合金をはじめ、マグネシウム合金、銅合金、チタン合金、ステンレス鋼などが使用される。この種のフレームは断面方形の押出角材（例えば厚さ１０ｍｍ、幅１２５ｍｍ）からなる。
【００１８】
上記の脚部フレーム１０と支柱フレーム２０とからなる骨格フレームを製造するには、図２に平面図で示すように、先ず、支柱フレーム２０の頭部フレーム２１（他の接合部材に相当する）と延長部フレーム２２（一の接合部材に相当する）とを定盤３０の上に載置して摩擦攪拌接合装置を用いて接合する。この場合、頭部フレーム２１は、製品の支柱フレーム２０の長さにかかわらず一定の長さであり、支柱全体の長さは延長部フレーム２２の長さを調整することにより行われる。
定盤とは、摩擦攪拌加工装置で同加工をするための加工台であり、定盤にクランプ等の取り付け具等を取り付け、取り付け具等により被加工材を固定して摩擦攪拌加工するのに用いる。
【００１９】
ここで頭部フレーム２１は摩擦攪拌接合装置の定盤３０上に設置された固定ガイド４１および４２により位置決めされることが好ましい。
固定ガイドとは、定盤に別途固定手段によって固定して、被接合部材の位置決めに用いるガイドであって、固定ガイドの少なくとも一面が被接合部材の側面と接することにより被接合材の位置決めをするものをいう。このような固定ガイドは、一つだけで用いられてもよいし、対で被接合部材を挟むように用いられてもよい。
固定ガイドが、底板と側板を有し、底板が定盤にボルト等により固定され、底板上に被接合部材の１側面あるいは２側面に沿わせ固定するための側板が底板にボルト等で固定される構造のものでは、被接合部材の下面が底板上面に接して置かれ、被接合部材の側面が側板により位置規制される。側板は側板間の距離が被接合部材の幅に合うよう底板に固定される。この構造の固定ガイドは加工が容易で位置決め精度が高いため好ましい。
【００２０】
次に、延長部フレーム２２が頭部フレーム２１の端面と端面を突き合わせて置かれる。延長部フレーム２２は、要求される製品ごとに長さが変わり、フレームの突き合わせ面が断面方形で比較的狭いので、突き合わせ面を簡単に正確に一致させることが難しい。そこで、図３に断面図で示すように、延長部フレーム２２の突き合わせ面の近くにピン孔２３を設け、延長部フレーム２２のピン孔２３と摩擦接合装置の定盤３０に予め設けられたピン孔３１とを合わせ、このピン孔２３および３１にピン５０を挿入することにより延長部フレーム２２を定盤に位置決め固定する。このことにより延長部フレーム２２は簡易に位置決めされ固定される。
【００２１】
ピン孔２３は突き合わせ面から適当な距離を開けて設けることが好ましい。以下に述べる固定ガイドを併用する場合に摩擦攪拌接合箇所の近傍、特にピン孔と接合箇所までの間は放熱のためガイドで覆わないようできるだけガイドを当てないことが好ましい。摩擦攪拌による発熱を逃がして残留応力を小さくし、接合体の残留応力が大きいと寸法が狂いやすいので、それを防ぐためである。ピンを使わない場合には寸法誤差を生じるのを防ぐため接合箇所近くまで固定ガイドで被接合材を固定する必要があるが、その場合、摩擦による熱が逃げないので残留応力が残りやすい。
【００２２】
ピンで固定する場合においても固定ガイドを併用することが好ましい。固定ガイドを併用する場合を以下説明する。延長部フレーム２２を固定ガイド４２、４３に接して頭部フレーム２１の端面に端面を突き合わせて置く。延長部フレーム２２の突き合わせ面近くにピン孔２３を設け、固定ガイド４３に接して延長部フレーム２２を滑らせ、図３に断面図で示すように、この延長部フレーム２２のピン孔２３と固定ガイド４３に予め設けられたピン孔３１とを合わせ、このピン孔２３および３１にピン５０を挿入することにより位置決め固定する。
【００２３】
固定ガイド４３が、底板９３と側板８３を有し、底板９３が定盤にボルト１００等により固定され、底板上に被接合部材の１側面あるいは２側面に沿わせ固定するための側板８３が底板にボルト１０１等で固定される構造のものでは、底板９３に予め設けられたピン孔３１を設けておく。固定ガイド４３は定盤にボルト等により固定されているので、被接合部材である延長部フレーム２２は固定ガイド４３を介してピン５０により実質的に定盤に対し位置決めされ固定される。
【００２４】
上記固定ガイド４１、４２および４３に代えて、定盤３０上に設けられたＵ字型クランプを用いて頭部フレーム２１を上から押さえ付けるようにして固定する手段を用いてもよい。しかし、クランプでは固定が精密にできない場合があるため、固定ガイドを用いることが好ましい。
【００２５】
その後、エアーシリンダ６０からなる押圧手段を用いて、頭部フレーム２１の端面に延長部フレーム２２の端面を押し当てた状態で、摩擦攪拌接合装置に取り付けられている高速回転ツール（図示せず）を用いて、頭部フレーム２１と延長部フレーム２２との突合せ線の上面に沿って、矢印ａ方向に常法により摩擦攪拌接合する。こうして、頭部フレーム２１と延長部フレーム２２とが接合されてなる支柱フレーム２０が得られる。
【００２６】
さらに、図４の平面図で示すように、上記支柱フレーム２０（一の接合部材に相当する）と脚部フレーム１０（他の接合部材に相当する）とを定盤３０の上に載置して摩擦攪拌接合装置を用いて接合する。この場合、支柱フレーム２０は製品によって長さが変わり、フレームの突き合わせ面が断面方形で比較的狭いうえ傾斜面であり斜め方向に接合されるので、突き合わせ面を簡単に正確に一致させることは難しい。
【００２７】
そこで支柱フレーム２０を構成する延長部フレーム２２の突き合わせ面から適当な距離を開けてピン孔２３を設ける。このピン孔２３と、新たに摩擦接合装置の定盤３０に予め設けられたピン孔３１とを合わせ、これ等のピン孔にピン５０を挿入することにより支柱フレーム２０を定盤３０に固定する。以上により支柱フレーム２０を正確に所定の角度傾かせた状態で脚部フレーム１０と突合わせすることができる。
【００２８】
この場合においても固定ガイドを用いることが好ましく、角度を正確に保つために、斜行固定ガイドを用い斜行固定ガイド４４に沿わせることにより、支柱フレーム２０を所定の角度傾かせた状態で定盤３０に置くことが好ましい。ここで斜行固定ガイド４４とは上記固定ガイドの１種であって、定盤に別途固定手段によって固定された、被接合部材の位置決めに用いるガイドであって、固定ガイドの側面が他辺に対し所定の角度に傾斜しており当該斜の側面が被接合部材の側面と接することにより被接合部材の位置決めをするものをいう。
【００２９】
斜行固定ガイド４４が、図５に斜視図で示すように、底板９４と側板８４を有し、底板が定盤にボルト等により固定され、底板上に被接合部材の１側面あるいは２側面に沿わせ固定するための側板が底板にボルト等で固定される構造のものでは、底板９４に予め設けられたピン孔３１を設けておく。斜行固定ガイド４４は定盤にボルト等により固定されているので、被接合部材である支柱フレーム２０は斜行固定ガイド４４を介してピン５０により実質的に定盤に対し位置決めされ固定される。
斜行固定ガイド４４によりピンの周りの回転が抑制され、かつピン５０と斜行固定ガイド４４により、摩擦攪拌接合時に生じる長軸方向の応力によりズレが生じるのが防止されるからである。
【００３０】
ここで、上記斜行固定ガイド４４の代わりに、前記のように定盤３０上に設けられたＵ字型クランプを用いて支柱フレーム２０を上から押さえ付けるようにして固定する手段を用いてもよい。しかし、クランプでは固定が精密にできない場合があるため、斜行固定ガイドを用いることが好ましい。
【００３１】
その後、ブロック７１と７２からなる押圧手段７０を用いて、支柱フレーム２０の端面に脚部フレーム１０の端面を押し当てた状態で、摩擦攪拌接合装置に取り付けられている高速回転ツール（図示せず）を用いて、支柱フレーム２０と脚部フレーム１０との突き合わせ線の上面に沿って、ｂ位置を図の左から右（固定ガイド４５に近づく方向、換言すれば脚部フレームに対し支柱フレームのなす角が鈍角をなす側から鋭角をなす側にツールを相対的に移動させて）に常法により摩擦攪拌接合する。ここで、エアーシリンダからなる押圧手段に替えて、ブロック７１と７２からなる押圧手段７０を用いると、支柱フレーム２０を支柱フレーム２０の端面に均一に押圧することができる。
【００３２】
こうして、脚部フレーム１０と支柱フレーム２０とが接合されてなる骨格フレームが得られる。上記操作を対となる同様なＬ型フレームに対して行い接合する。この場合は、斜行固定ガイドを反転して用い、接合方向は先と同じに脚部フレームに対し支柱フレームのなす角が鈍角をなす側から鋭角をなす側にツールを相対的に移動させて接合する。このようにして得られた骨格フレームを相対向して用い、これに側面板などの各種部材を取り付ければ、例えばＬ型の搬送機のような物品搬送機を製作することができる。この場合、搬送機に要求される寸法に応じて延長部フレームを必要な数だけ継ぎ足すようにすれば、容易に長尺の支柱フレームの製作に対応でき、フレーム部品の点数も削減でき、搬送高さが異なる搬送機の製作が容易となり、もって納期の短縮やコスト低減が図ることができる。なお、得られる上記骨格フレームにはピン孔が残るが、このピン孔は側板などの各種部材を取り付け用のビス孔やボルト孔として利用してもよい。
【００３３】
本発明において摩擦攪拌接合は、公知の摩擦攪拌接合装置に取り付けられている高速回転ツールを上記フレームの突き合わせ線の上面に沿って一端から他端に移動させることにより行われる。上記ツールは、径の大きいショルダ部とその先端にプローブとを有し、被接合材の材質よりも硬いＳＫＤ６１等のＳＫあるいはＳＫＤ工具鋼やＰＣＢＮ( ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｕｂｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ)などからなる。そして、通常、プローブ４１にはねじが切ってあるが、ねじが切ってないものも使用できる。
【００３４】
上記ツールのショルダ部の直径は１２〜２０ｍｍ程度で、プローブの直径は４〜７ｍｍ程度のものが好適に使用される。また、上記プローブの長さは、フレーム等の被接合部材の厚みにより異なり、通常、被接合部材の厚みよりも０．２ｍｍ程度短くなされる。
【００３５】
ツールの回転速度は、脚部フレーム１０、支柱フレーム２０の材質や厚みなどにより異なるが、一般に数百〜数千回転／分、接合速度は一般に数十〜数百ｍｍ／分である。特に、脚部フレーム１０と支柱フレーム２０の材質がアルミニウムまたはその合金で、その厚みが１０〜数十ｍｍの場合は、ツール４０の回転速度は６００〜１８００回転／分、接合速度は１００〜６００ｍｍ／分が、十分な接合強度を得るうえで好ましい。
【００３６】
なお、ツールは一方向に回転しながら一端から他端に移動していくので、左右非対称の接合となるが、片道の１パスで接合強度で特に問題はないが、できるだけ左右対称の接合が得られるように、ツールを往復の２パスで行ってもよい。また、ツールの終端部にはツールのプローブによる小さな孔が残り、使用中ここから亀裂が生ずる恐れがあり得るのでドリル等で孔あけ加工を施しておいてもよい。ここで、孔あけ加工により生じた孔は、そのまま放置することもできるが、各種部品の取り付け孔として利用してもよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、一の被接合部材にピン孔を設け、同ピン孔と定盤に予め設けられた定盤のピン孔又は定盤に固定された部材に設けられたピン孔の位置を合わせ、ピンを挿してピン留めすることにより被接合部材を定盤に位置決め固定し、前記一の被接合部材に他の被接合材を押圧した状態で突き合わせ面を摩擦攪拌接合するので、被接合部材が金属角材のように断面積が比較的小さいものであっても、突き合わせ面を容易にして且つ正確に合わせ一致させ、ずれを防止することができ、もって接合体の正確な寸法及び角度が得られるとともに接合部の強度および外観を改善することができる、という優れた効果を奏する。
【００３８】
特に、被接合部材の固定に、一方の被接合部材と他方の被接合部材の突き合わせ面を一致させるための固定ガイドあるいは斜行固定ガイドを併用することにより、突き合わせ面を容易にして且つ正確に合わせ一致させ、ずれをより確実に防止することができ、接合体の正確な寸法及び角度が得られるとともに接合部の強度および外観を改善することができる、という優れた効果を奏する。
【００３９】
またピン孔の位置を突き合わせ面から適当な距離とすることにより、位置決めが正確にできるとともに、固定ガイドを併用する場合に摩擦攪拌接合箇所の近傍、特にピン孔と接合箇所までの間は放熱のためガイドで覆わないようできるだけガイドを当てないことが好ましいが、その距離を確保することができる。この結果摩擦攪拌による発熱を逃がして残留応力を小さくし、寸法精度を高めることができる。
【００４０】
また、上記本発明のピン固定方法を採用することにより、摩擦攪拌接合による寸法誤差が抑制されるため、摩擦攪拌接合の採用が可能となり、摩擦熱により可塑化された固相状態で接合されるので、当て板を介してボルトナットで接合する方法に比べて、接合作業が簡単で手間がかからず、そのため製造効率がよい。また、アーク溶接などの溶融溶接に比べて、接合歪みが生ぜず、接合部における接合強度が強く、外観も優れるという利点がある。
【００４１】
本発明により得られた角材フレームを筐体の骨格フレームとすることにより、物品搬送機は従来の当て板を介してボルト止めにて製造していたことによる、部品点数の過多、工数大、重量大、美観不良という問題が改善され、部品点数の減少、工数の減少、軽量化、美観の向上が図られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の具体的な実施例を挙げる。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４３】
アルミニウム合金（Ａ６０６３）からなる頭部フレーム２１（厚さ１０ｍｍ、幅１２５ｍｍ、長さ５００ｍｍ）と延長部フレーム２２（厚さ１０ｍｍ、幅１２５ｍｍ、長さ１４２０ｍｍ）を、図１〜３に示す方法で摩擦攪拌接合して、頭部フレーム２１と延長部フレーム２２とからなる支柱フレーム２０を製造した。
【００４４】
ピン孔として延長部フレーム２２の突き合わせ面から１５０ｍｍはなれた巾方向の中央の位置に１０ｍｍ径のドリルによるピン孔２３を空けた。固定ガイド４１、４２、４３は底板と側板を有し、底板が定盤にボルト等により固定され、底板上に被接合部材の１側面あるいは２側面に沿わせ固定するための側板が底板にボルト等で固定される構造のものを使用した。底板は２０ｍｍ厚、側板は約１０ｍｍ厚、側板間距離は１２５ｍｍとした。上記固定ガイド４１、４２、４３を定盤に、所定配置になるようボルトにて取り付け固定した。固定ガイド４３は底板にピン孔３１を予め設けておいた。延長部フレーム２２を固定ガイド４３の底板９３の上面上側板８３に挟んだ状態で置き、延長部フレーム２２のピン孔を固定ガイド４３のピン孔３１に合わせピン５０にて延長部フレーム２２を固定ガイド４３に固定することにより、延長部フレーム２２を固定ガイド４３を介して定盤に固定した。
次に固定ガイド４１に合わせて頭部フレーム２１を置き、頭部フレーム２１が延長部フレーム２２とａ位置で突き合わせ状態となるよう配置した。
【００４５】
押圧手段６０により頭部フレーム２１を延長部フレーム２２にａ位置で押し付けた状態で摩擦攪拌接合した。摩擦攪拌接合装置のツールは、ショルダ部の直径が２０ｍｍ、プローブの長さが９．８ｍｍ、プローブの根元直径が８．４ｍｍ、先端直径が８．４ｍｍのテーパー状で、ねじが切ってあり、ツールへの負荷は９８００Ｎ、回転速度は１５００回転／分、接合速度は４００ｍｍ／分であった。片道の１パスとした。接合状態は良好であった。
【００４６】
上記接合条件は以下の予備実験により定めた。すなわち頭部フレーム２１と延長部フレーム２２とを、回転速度を１２００、１５００回転／分、接合速度を３００、４００ｍｍ／分と条件を変えて接合実験を行った。
【００４７】
予備実験における回転速度１２００回転／分、接合速度３００ｍｍ／分のものにつき、その接合部の外観写真を図６に示す。この写真から分るように細長い加工痕が存在するが、接合歪みはなく、表面、裏面とも良好な外観を呈し、表面部の簡単なバリ取りのみで製品に供することができた。なお、摩擦攪拌接合の終了位置に残るプローブ孔は亀裂発生の原因となる恐れがあるので、ドリルで孔明け加工を施した。
【００４８】
回転速度１２００回転／分、接合速度３００ｍｍ／分と、１５００回転／分、接合速度３００ｍｍ／分で、接合した接合部の断面写真を図７に示す。図７において、ＡＳとは（ Ａｄｖａｎｃｉｎｇ Ｓｉｄｅの略）ツールの回転方向と進行方向が同じ側を意味し、ＲＳとは（Ｒｅｔｒｅａｔｉｎｇ Ｓｉｄｅの略）ツールの回転方向と進行方向が逆になる側を意味する。この写真から分るように表面、裏面とも良好な外観を呈し、接合状態は良好であった。
【００４９】
さらに、上記支柱フレーム２０の頭部フレーム２１と延長部フレーム２２との接合部の接合強度を、回転速度１５００回転／分のものにつき、ＪＩＳ Ｚ ３１２１に準じて測定したところ、引張強さは１６３ＭＰａ、破断伸びは１３．３％、０．２％耐力は１０１ＭＰａであり、材料自体の引張強さは２２７ＭＰａであることから、継手効率は約７２％であり、引張強さは１６３ＭＰａは十分に実用に耐える値であった。但しＪＩＳ Ｚ ３１２１では余盛を除去して平坦にした後の試験を行うが、摩擦攪拌接合では余盛が生じないため、余盛除去はせずに測定した。
以上の予備実験から接合条件を回転速度１５００回転／分、接合速度４００ｍｍ／分とした。
【実施例２】
【００５０】
実施例１で得られた支柱フレーム２０（厚さ１０ｍｍ、幅１２５ｍｍ、長さ１９２０ｍｍ）とアルミニウム合金（Ａ６０６３）からなる脚部フレーム１０（厚さ１０ｍｍ、幅１２５ｍｍ、長さ１４００ｍｍ）とを、図４に示す方法で摩擦攪拌接合して、支柱フレーム２０と脚部フレーム１０とからなるＬ型の角材フレームを製造した。なお、摩擦攪拌接合の終了位置に残るプローブ孔は亀裂発生の原因となる恐れがあるので、ドリルで孔明け加工を施した。
【００５１】
正確な角度で接合するため、斜行固定ガイド４４を用いた。斜行固定ガイド４４は平行四辺形状の外観をした、底板と側板を有し、底板が定盤にボルト等により固定され、底板上に被接合部材の２側面に沿わせ固定するための側板が底板にボルト等で固定される構造のものを使用した。底板９４は２０ｍｍ厚、側板８４は約１０ｍｍ厚、側板間距離は１２５ｍｍとした。底辺と斜辺のなす角度が６０度のものを用いた。底板の幅方向中央部に予めピン孔３１を設けた。斜行固定ガイド４４を定盤にボルトにて取り付け固定した。
同様に固定ガイド４５を定盤に固定した。固定ガイド４５は底板と側板を有し、底板が定盤にボルト等により固定され、底板上に被加工材の端面に沿わせ固定するための側板が底板にボルト等で固定される構造のものを使用した。
【００５２】
実施例１で接合された支柱フレーム２０の、脚部フレーム１０との突き合わせ面から１６０ｍｍはなれた幅方向中央位置に１０ｍｍ径のドリルによりピン孔２３を空けた。斜行固定ガイド４４の側板間にその側面が接するように支柱フレーム２０を置き、支柱フレーム２０のピン孔２３を斜行固定ガイド４４のピン孔３１に合わせピン５０を挿し支柱フレーム２０を固定ガイド４４に固定することにより、支柱フレーム２０を固定ガイド４４を介して定盤に固定した。
固定ガイド４５にその端部が当るように脚部フレーム１０を配置した。ブロック７１と７２からなる押圧手段７０を用いて、脚部フレーム１０を延長部フレーム２２に押し当て固定し押し付けた状態とし実施例１と同様にして摩擦攪拌接合した。接合部の外観は良好で、６０度の大型三角定規を作成し計測したところ接合体の角度は正確に６０度であった。
【００５３】
得られた角材フレームについて、支柱フレーム２０と脚部フレーム１０との接合部の引張試験を行ったところ、実施例１とほぼ同様な結果が得られた。さらに、上記Ｌ型の角材フレームを筐体の骨格フレームとして用いること以外は、従来のＬ型の物品搬送機の製造方法と同じ方法によりＬ型の物品搬送機を製造した。得られたＬ型の物品搬送機は、従来のＬ型の搬送機（株式会社下西製作所製の商品名「Ｌアップ型マグネポータ」）と同様に問題なく使用できた。
【００５４】
（比較例１）
ピンと固定ガイドを用いず、クランプのみを用いて頭部フレーム２１と延長部フレーム２２とを定盤に取り付け固定した以外は実施例１と同様にして頭部フレーム２１と延長部フレーム２２を接合した。
頭部フレーム２１と延長部フレーム２２との接合部にズレと曲がりが生じた。
【００５５】
（比較例２）
ピンと、斜行固定ガイド、固定ガイドを用いず、クランプのみを用いて支柱フレーム２０と脚部フレーム１０とを定盤に取り付け固定した以外は実施例１と同様にして支柱フレーム２０と脚部フレーム１０を接合した。
支柱フレーム２０と脚部フレーム１０との接合位置がズレており、角度も不正確で、後ろに倒れており、支柱フレーム先端では約１０ｍｍ弱の位置のズレがあった。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の製造方法で得られる支柱フレームと脚部フレームとからなるＬ型の角材フレームの一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すＬ型の角材フレームの製造方法において、頭部フレームと延長部フレームとからなる支柱フレームの製造方法を説明する平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】図１に示す支柱フレームと脚部フレームとからなるＬ型の角材フレームの製造方法を説明する平面図である。
【図５】斜行固定ガイドの一例を示す斜視図である。
【図６】実施例１により得られた頭部フレームと延長部フレームとからなる支柱フレームの接合部の表面状態および裏面状態を示す写真である。
【図７】実施例１により得られた頭部フレームと延長部フレームとからなる支柱フレームの接合部の断面状態を示す写真である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 脚部フレーム
２０ 支柱フレーム
２１ 頭部フレーム
２２ 延長部フレーム
２３ 被接合部材のピン孔
３０ 定盤
３１ 定盤のピン孔、固定ガイドのピン孔
４３ 固定ガイド
４４ 斜行固定ガイド
５０ ピン
８４ 斜行固定ガイドの側板
９４ 斜行固定ガイドの底板
１００ ボルト
１０１ ボルト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摩擦攪拌接合により、例えば断面方形の金属製角材フレームのような被接合部材を接合する接合体の製造方法およびこの接合体を用いた物品搬送機に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種製品の製造現場では物品の搬送機が使用されることが多い。この種の搬送機として、物品を下方から上方へ運ぶ場合には、例えばＬ型の搬送機（株式会社下西製作所製の商品名「Ｌアップ型マグネポータ」）などが使用される。このようなＬ型の搬送機は、通常、水平な金属製の脚部フレームとこの脚部フレームから垂直あるいは傾斜して接合された支柱フレームとを筐体の骨格フレームとして相対向して配置し、これに側板などの各種部材を取り付けて長筐状に作製される。
【０００３】
従来、上記のようなＬ型の搬送機の骨格フレームにおいて、上記脚部フレームと支柱フレームは、一般にアルミニウムまたはその合金等の断面方形の金属製押出角材を適当な長さに切断して上記脚部フレームと支柱フレームを作製し、この脚部フレームと支柱フレームの継ぎ目の側面に当て板を介してボルトナットで接合されている。
【０００４】
この種の搬送機にあっては、その使用態様により物品の搬送高さの異なる搬送機が要求される。この場合、上記支柱フレームを構成する頭部フレームとこれに続く延長部フレームとをモジュール化し、搬送機に要求される寸法に応じて延長部フレームを必要な数だけ継ぎ足すようにすれば、容易に長尺の支柱フレームの製作に対応でき、フレーム部品の点数も削減でき、搬送高さが異なる搬送機の製作が容易となり、納期の短縮やコスト低減が図れる。
【０００５】
しかしながら、支柱フレームの頭部フレームと延長部フレームとの接合およびこの支柱フレームと脚部フレームとの接合を、当て板を介してボルトナットで接合する従来方法では、接合作業に手間がかかり、そのため製造効率が低下し、得られる搬送機がコスト高になり、しかもフレーム接合部の当て板やボルトナットが目立ちすぎて外観も劣るという問題がある。
【０００６】
ところで、各種の被接合部材を接合する方法として摩擦攪拌接合法が広く知られている（例えば特許文献１、２および非特許文献１参照）。この摩擦攪拌接合法によれば、アーク溶接などの溶融溶接に比べて、接合歪みが生ぜず、接合部における接合強度が強く、外観も優れるいという利点がある。
【０００７】
そこで、発明者は、上述のようなアルミニウムまたはその合金等の断面方形の金属製押出角材からなる被接合部材を用いて、摩擦攪拌接合により突き合わせ接合を試みたが従来の摩擦攪拌接合法では、突き合わせ面が互いにずれてこれを正確に一致させることが難しく、そのため良好な外観および接合強度を有する接合体を製造することができなかった。
従来、被接合部材の固定は定盤にクランプを取り付け、クランプにより挟み込むか又はクランプで定盤に押し付けて固定する方法がとられている。さらに進んだ摩擦攪拌接合装置による接合方法も提案されている（例えば特許文献３、４参照）。しかしながら、これらの方法は長尺の部材を接合するときや、斜めに接合するときに微妙に寸法や角度がずれるという問題に対処するものではない。
【特許文献１】特許第２７１２８３８号公報
【特許文献２】特許第２７９２２３３号公報
【特許文献３】特開２００５−１８６０８４号公報
【特許文献４】特開平１１−２８５８５号公報
【非特許文献１】榎本正敏,溶接学会誌,69-7(2000),pp18-22
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者は、上記のような従来の問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、長尺の被接合材、あるいは斜めに被接合体を摩擦攪拌接合により突き合わせ接合して、接合体を製造する方法であって、その接合部の外観が良好で十分な接合強度を有し、且つ製造効率よく低コストで得られる接合体の製造方法およびこの接合体を用いた物品搬送機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的は、次のような特徴を有する接合体の製造方法およびこの接合体を用いた物品搬送機により達成することができる。
【００１０】
すなわち、請求項１に係る発明は、被接合部材同士を突き合わせ摩擦攪拌接合により接合する接合体の製造方法であって、一の被接合部材にピン孔を設け、該ピン孔と、定盤に予め設けられたピン孔又は定盤に固定された固定部材に設けられたピン孔との位置を合わせ、これ等のピン孔にピンを挿入してピン留めすることにより被接合部材を定盤に位置決め固定し、前記一の被接合部材に他の被接合材を押圧した状態で突き合わせ面を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合体の製造方法である。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、一の被接合部材と他の被接合部材の突き合わせ面を一致させるための固定ガイドを併用することを特徴とする接合部材の製造方法である。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１または２に係る発明において、一の被接合部材に対して他の被接合部材を斜め方向に接合する場合に、一の被接合部材と他の被接合部材の突き合わせ面を一致させるための斜行固定ガイドを用いることを特徴とする接合体の製造方法である。
【００１３】
請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に係る発明において、被接合部材がアルミニウムまたはその合金からなる断面方形の角材フレームからなることを特徴とする接合体の製造方法である。
【００１４】
請求項５に係る発明は、請求項４に係る発明により得られた角材フレームを筐体の骨格フレームとすることを特徴とする物品搬送機である。
【００１５】
以下、図面を参照しながら本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、断面方形の金属製押出角材からなる被接合部材を用いたが、本発明ではこのような被接合部材に限定されず、例えば平板や断面山形の金属材料にも適用できる。
【００１６】
図１は本発明の接合体の製造方法で得られる接合体の一例を示す斜視図である。図１において、１０は脚部フレーム、２０は支柱フレームであり、この支柱フレーム２０は頭部フレーム２１と延長部フレーム２２とが摩擦攪拌接合により接合（ａ）されてなり、さらに脚部フレーム１０と支柱フレーム２０とは、脚部フレーム１０と支柱フレーム２０の延長部フレーム２２とを摩擦攪拌接合することにより接合（ｂ）されている。こうして、Ｌ型の骨格フレームが形成されている。
【００１７】
上記各フレームの材質としては、摩擦攪拌接合が可能な金属、例えばアルミニウムおよびその合金をはじめ、マグネシウム合金、銅合金、チタン合金、ステンレス鋼などが使用される。この種のフレームは断面方形の押出角材（例えば厚さ１０ｍｍ、幅１２５ｍｍ）からなる。
【００１８】
上記の脚部フレーム１０と支柱フレーム２０とからなる骨格フレームを製造するには、図２に平面図で示すように、先ず、支柱フレーム２０の頭部フレーム２１（他の接合部材に相当する）と延長部フレーム２２（一の接合部材に相当する）とを定盤３０の上に載置して摩擦攪拌接合装置を用いて接合する。この場合、頭部フレーム２１は、製品の支柱フレーム２０の長さにかかわらず一定の長さであり、支柱全体の長さは延長部フレーム２２の長さを調整することにより行われる。
定盤とは、摩擦攪拌加工装置で同加工をするための加工台であり、定盤にクランプ等の取り付け具等を取り付け、取り付け具等により被加工材を固定して摩擦攪拌加工するのに用いる。
【００１９】
ここで頭部フレーム２１は摩擦攪拌接合装置の定盤３０上に設置された固定ガイド４１および４２により位置決めされることが好ましい。
固定ガイドとは、定盤に別途固定手段によって固定して、被接合部材の位置決めに用いるガイドであって、固定ガイドの少なくとも一面が被接合部材の側面と接することにより被接合材の位置決めをするものをいう。このような固定ガイドは、一つだけで用いられてもよいし、対で被接合部材を挟むように用いられてもよい。
固定ガイドが、底板と側板を有し、底板が定盤にボルト等により固定され、底板上に被接合部材の１側面あるいは２側面に沿わせ固定するための側板が底板にボルト等で固定される構造のものでは、被接合部材の下面が底板上面に接して置かれ、被接合部材の側面が側板により位置規制される。側板は側板間の距離が被接合部材の幅に合うよう底板に固定される。この構造の固定ガイドは加工が容易で位置決め精度が高いため好ましい。
【００２０】
次に、延長部フレーム２２が頭部フレーム２１の端面と端面を突き合わせて置かれる。延長部フレーム２２は、要求される製品ごとに長さが変わり、フレームの突き合わせ面が断面方形で比較的狭いので、突き合わせ面を簡単に正確に一致させることが難しい。そこで、図３に断面図で示すように、延長部フレーム２２の突き合わせ面の近くにピン孔２３を設け、延長部フレーム２２のピン孔２３と摩擦接合装置の定盤３０に予め設けられたピン孔３１とを合わせ、このピン孔２３および３１にピン５０を挿入することにより延長部フレーム２２を定盤に位置決め固定する。このことにより延長部フレーム２２は簡易に位置決めされ固定される。
【００２１】
ピン孔２３は突き合わせ面から適当な距離を開けて設けることが好ましい。以下に述べる固定ガイドを併用する場合に摩擦攪拌接合箇所の近傍、特にピン孔と接合箇所までの間は放熱のためガイドで覆わないようできるだけガイドを当てないことが好ましい。摩擦攪拌による発熱を逃がして残留応力を小さくし、接合体の残留応力が大きいと寸法が狂いやすいので、それを防ぐためである。ピンを使わない場合には寸法誤差を生じるのを防ぐため接合箇所近くまで固定ガイドで被接合材を固定する必要があるが、その場合、摩擦による熱が逃げないので残留応力が残りやすい。
【００２２】
ピンで固定する場合においても固定ガイドを併用することが好ましい。固定ガイドを併用する場合を以下説明する。延長部フレーム２２を固定ガイド４２、４３に接して頭部フレーム２１の端面に端面を突き合わせて置く。延長部フレーム２２の突き合わせ面近くにピン孔２３を設け、固定ガイド４３に接して延長部フレーム２２を滑らせ、図３に断面図で示すように、この延長部フレーム２２のピン孔２３と固定ガイド４３に予め設けられたピン孔３１とを合わせ、このピン孔２３および３１にピン５０を挿入することにより位置決め固定する。
【００２３】
固定ガイド４３が、底板９３と側板８３を有し、底板９３が定盤にボルト１００等により固定され、底板上に被接合部材の１側面あるいは２側面に沿わせ固定するための側板８３が底板にボルト１０１等で固定される構造のものでは、底板９３に予め設けられたピン孔３１を設けておく。固定ガイド４３は定盤にボルト等により固定されているので、被接合部材である延長部フレーム２２は固定ガイド４３を介してピン５０により実質的に定盤に対し位置決めされ固定される。
【００２４】
上記固定ガイド４１、４２および４３に代えて、定盤３０上に設けられたＵ字型クランプを用いて頭部フレーム２１を上から押さえ付けるようにして固定する手段を用いてもよい。しかし、クランプでは固定が精密にできない場合があるため、固定ガイドを用いることが好ましい。
【００２５】
その後、エアーシリンダ６０からなる押圧手段を用いて、頭部フレーム２１の端面に延長部フレーム２２の端面を押し当てた状態で、摩擦攪拌接合装置に取り付けられている高速回転ツール（図示せず）を用いて、頭部フレーム２１と延長部フレーム２２との突合せ線の上面に沿って、矢印ａ方向に常法により摩擦攪拌接合する。こうして、頭部フレーム２１と延長部フレーム２２とが接合されてなる支柱フレーム２０が得られる。
【００２６】
さらに、図４の平面図で示すように、上記支柱フレーム２０（一の接合部材に相当する）と脚部フレーム１０（他の接合部材に相当する）とを定盤３０の上に載置して摩擦攪拌接合装置を用いて接合する。この場合、支柱フレーム２０は製品によって長さが変わり、フレームの突き合わせ面が断面方形で比較的狭いうえ傾斜面であり斜め方向に接合されるので、突き合わせ面を簡単に正確に一致させることは難しい。
【００２７】
そこで支柱フレーム２０を構成する延長部フレーム２２の突き合わせ面から適当な距離を開けてピン孔２３を設ける。このピン孔２３と、新たに摩擦接合装置の定盤３０に予め設けられたピン孔３１とを合わせ、これ等のピン孔にピン５０を挿入することにより支柱フレーム２０を定盤３０に固定する。以上により支柱フレーム２０を正確に所定の角度傾かせた状態で脚部フレーム１０と突合わせすることができる。
【００２８】
この場合においても固定ガイドを用いることが好ましく、角度を正確に保つために、斜行固定ガイドを用い斜行固定ガイド４４に沿わせることにより、支柱フレーム２０を所定の角度傾かせた状態で定盤３０に置くことが好ましい。ここで斜行固定ガイド４４とは上記固定ガイドの１種であって、定盤に別途固定手段によって固定された、被接合部材の位置決めに用いるガイドであって、固定ガイドの側面が他辺に対し所定の角度に傾斜しており当該斜の側面が被接合部材の側面と接することにより被接合部材の位置決めをするものをいう。
【００２９】
斜行固定ガイド４４が、図５に斜視図で示すように、底板９４と側板８４を有し、底板が定盤にボルト等により固定され、底板上に被接合部材の１側面あるいは２側面に沿わせ固定するための側板が底板にボルト等で固定される構造のものでは、底板９４に予め設けられたピン孔３１を設けておく。斜行固定ガイド４４は定盤にボルト等により固定されているので、被接合部材である支柱フレーム２０は斜行固定ガイド４４を介してピン５０により実質的に定盤に対し位置決めされ固定される。
斜行固定ガイド４４によりピンの周りの回転が抑制され、かつピン５０と斜行固定ガイド４４により、摩擦攪拌接合時に生じる長軸方向の応力によりズレが生じるのが防止されるからである。
【００３０】
ここで、上記斜行固定ガイド４４の代わりに、前記のように定盤３０上に設けられたＵ字型クランプを用いて支柱フレーム２０を上から押さえ付けるようにして固定する手段を用いてもよい。しかし、クランプでは固定が精密にできない場合があるため、斜行固定ガイドを用いることが好ましい。
【００３１】
その後、ブロック７１と７２からなる押圧手段７０を用いて、支柱フレーム２０の端面に脚部フレーム１０の端面を押し当てた状態で、摩擦攪拌接合装置に取り付けられている高速回転ツール（図示せず）を用いて、支柱フレーム２０と脚部フレーム１０との突き合わせ線の上面に沿って、ｂ位置を図の左から右（固定ガイド４５に近づく方向、換言すれば脚部フレームに対し支柱フレームのなす角が鈍角をなす側から鋭角をなす側にツールを相対的に移動させて）に常法により摩擦攪拌接合する。ここで、エアーシリンダからなる押圧手段に替えて、ブロック７１と７２からなる押圧手段７０を用いると、支柱フレーム２０を支柱フレーム２０の端面に均一に押圧することができる。
【００３２】
こうして、脚部フレーム１０と支柱フレーム２０とが接合されてなる骨格フレームが得られる。上記操作を対となる同様なＬ型フレームに対して行い接合する。この場合は、斜行固定ガイドを反転して用い、接合方向は先と同じに脚部フレームに対し支柱フレームのなす角が鈍角をなす側から鋭角をなす側にツールを相対的に移動させて接合する。このようにして得られた骨格フレームを相対向して用い、これに側面板などの各種部材を取り付ければ、例えばＬ型の搬送機のような物品搬送機を製作することができる。この場合、搬送機に要求される寸法に応じて延長部フレームを必要な数だけ継ぎ足すようにすれば、容易に長尺の支柱フレームの製作に対応でき、フレーム部品の点数も削減でき、搬送高さが異なる搬送機の製作が容易となり、もって納期の短縮やコスト低減が図ることができる。なお、得られる上記骨格フレームにはピン孔が残るが、このピン孔は側板などの各種部材を取り付け用のビス孔やボルト孔として利用してもよい。
【００３３】
本発明において摩擦攪拌接合は、公知の摩擦攪拌接合装置に取り付けられている高速回転ツールを上記フレームの突き合わせ線の上面に沿って一端から他端に移動させることにより行われる。上記ツールは、径の大きいショルダ部とその先端にプローブとを有し、被接合材の材質よりも硬いＳＫＤ６１等のＳＫあるいはＳＫＤ工具鋼やＰＣＢＮ( ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｃｕｂｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ)などからなる。そして、通常、プローブ４１にはねじが切ってあるが、ねじが切ってないものも使用できる。
【００３４】
上記ツールのショルダ部の直径は１２〜２０ｍｍ程度で、プローブの直径は４〜７ｍｍ程度のものが好適に使用される。また、上記プローブの長さは、フレーム等の被接合部材の厚みにより異なり、通常、被接合部材の厚みよりも０．２ｍｍ程度短くなされる。
【００３５】
ツールの回転速度は、脚部フレーム１０、支柱フレーム２０の材質や厚みなどにより異なるが、一般に数百〜数千回転／分、接合速度は一般に数十〜数百ｍｍ／分である。特に、脚部フレーム１０と支柱フレーム２０の材質がアルミニウムまたはその合金で、その厚みが１０〜数十ｍｍの場合は、ツール４０の回転速度は６００〜１８００回転／分、接合速度は１００〜６００ｍｍ／分が、十分な接合強度を得るうえで好ましい。
【００３６】
なお、ツールは一方向に回転しながら一端から他端に移動していくので、左右非対称の接合となるが、片道の１パスで接合強度で特に問題はないが、できるだけ左右対称の接合が得られるように、ツールを往復の２パスで行ってもよい。また、ツールの終端部にはツールのプローブによる小さな孔が残り、使用中ここから亀裂が生ずる恐れがあり得るのでドリル等で孔あけ加工を施しておいてもよい。ここで、孔あけ加工により生じた孔は、そのまま放置することもできるが、各種部品の取り付け孔として利用してもよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、一の被接合部材にピン孔を設け、同ピン孔と定盤に予め設けられた定盤のピン孔又は定盤に固定された部材に設けられたピン孔の位置を合わせ、ピンを挿してピン留めすることにより被接合部材を定盤に位置決め固定し、前記一の被接合部材に他の被接合材を押圧した状態で突き合わせ面を摩擦攪拌接合するので、被接合部材が金属角材のように断面積が比較的小さいものであっても、突き合わせ面を容易にして且つ正確に合わせ一致させ、ずれを防止することができ、もって接合体の正確な寸法及び角度が得られるとともに接合部の強度および外観を改善することができる、という優れた効果を奏する。
【００３８】
特に、被接合部材の固定に、一方の被接合部材と他方の被接合部材の突き合わせ面を一致させるための固定ガイドあるいは斜行固定ガイドを併用することにより、突き合わせ面を容易にして且つ正確に合わせ一致させ、ずれをより確実に防止することができ、接合体の正確な寸法及び角度が得られるとともに接合部の強度および外観を改善することができる、という優れた効果を奏する。
【００３９】
またピン孔の位置を突き合わせ面から適当な距離とすることにより、位置決めが正確にできるとともに、固定ガイドを併用する場合に摩擦攪拌接合箇所の近傍、特にピン孔と接合箇所までの間は放熱のためガイドで覆わないようできるだけガイドを当てないことが好ましいが、その距離を確保することができる。この結果摩擦攪拌による発熱を逃がして残留応力を小さくし、寸法精度を高めることができる。
【００４０】
また、上記本発明のピン固定方法を採用することにより、摩擦攪拌接合による寸法誤差が抑制されるため、摩擦攪拌接合の採用が可能となり、摩擦熱により可塑化された固相状態で接合されるので、当て板を介してボルトナットで接合する方法に比べて、接合作業が簡単で手間がかからず、そのため製造効率がよい。また、アーク溶接などの溶融溶接に比べて、接合歪みが生ぜず、接合部における接合強度が強く、外観も優れるという利点がある。
【００４１】
本発明により得られた角材フレームを筐体の骨格フレームとすることにより、物品搬送機は従来の当て板を介してボルト止めにて製造していたことによる、部品点数の過多、工数大、重量大、美観不良という問題が改善され、部品点数の減少、工数の減少、軽量化、美観の向上が図られるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
以下、本発明の具体的な実施例を挙げる。なお、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００４３】
アルミニウム合金（Ａ６０６３）からなる頭部フレーム２１（厚さ１０ｍｍ、幅１２５ｍｍ、長さ５００ｍｍ）と延長部フレーム２２（厚さ１０ｍｍ、幅１２５ｍｍ、長さ１４２０ｍｍ）を、図１〜３に示す方法で摩擦攪拌接合して、頭部フレーム２１と延長部フレーム２２とからなる支柱フレーム２０を製造した。
【００４４】
ピン孔として延長部フレーム２２の突き合わせ面から１５０ｍｍはなれた巾方向の中央の位置に１０ｍｍ径のドリルによるピン孔２３を空けた。固定ガイド４１、４２、４３は底板と側板を有し、底板が定盤にボルト等により固定され、底板上に被接合部材の１側面あるいは２側面に沿わせ固定するための側板が底板にボルト等で固定される構造のものを使用した。底板は２０ｍｍ厚、側板は約１０ｍｍ厚、側板間距離は１２５ｍｍとした。上記固定ガイド４１、４２、４３を定盤に、所定配置になるようボルトにて取り付け固定した。固定ガイド４３は底板にピン孔３１を予め設けておいた。延長部フレーム２２を固定ガイド４３の底板９３の上面上側板８３に挟んだ状態で置き、延長部フレーム２２のピン孔を固定ガイド４３のピン孔３１に合わせピン５０にて延長部フレーム２２を固定ガイド４３に固定することにより、延長部フレーム２２を固定ガイド４３を介して定盤に固定した。
次に固定ガイド４１に合わせて頭部フレーム２１を置き、頭部フレーム２１が延長部フレーム２２とａ位置で突き合わせ状態となるよう配置した。
【００４５】
押圧手段６０により頭部フレーム２１を延長部フレーム２２にａ位置で押し付けた状態で摩擦攪拌接合した。摩擦攪拌接合装置のツールは、ショルダ部の直径が２０ｍｍ、プローブの長さが９．８ｍｍ、プローブの根元直径が８．４ｍｍ、先端直径が８．４ｍｍのテーパー状で、ねじが切ってあり、ツールへの負荷は９８００Ｎ、回転速度は１５００回転／分、接合速度は４００ｍｍ／分であった。片道の１パスとした。接合状態は良好であった。
【００４６】
上記接合条件は以下の予備実験により定めた。すなわち頭部フレーム２１と延長部フレーム２２とを、回転速度を１２００、１５００回転／分、接合速度を３００、４００ｍｍ／分と条件を変えて接合実験を行った。
【００４７】
予備実験における回転速度１２００回転／分、接合速度３００ｍｍ／分のものにつき、その接合部の外観写真を図６に示す。この写真から分るように細長い加工痕が存在するが、接合歪みはなく、表面、裏面とも良好な外観を呈し、表面部の簡単なバリ取りのみで製品に供することができた。なお、摩擦攪拌接合の終了位置に残るプローブ孔は亀裂発生の原因となる恐れがあるので、ドリルで孔明け加工を施した。
【００４８】
回転速度１２００回転／分、接合速度３００ｍｍ／分と、１５００回転／分、接合速度３００ｍｍ／分で、接合した接合部の断面写真を図７に示す。図７において、ＡＳとは（ Ａｄｖａｎｃｉｎｇ Ｓｉｄｅの略）ツールの回転方向と進行方向が同じ側を意味し、ＲＳとは（Ｒｅｔｒｅａｔｉｎｇ Ｓｉｄｅの略）ツールの回転方向と進行方向が逆になる側を意味する。この写真から分るように表面、裏面とも良好な外観を呈し、接合状態は良好であった。
【００４９】
さらに、上記支柱フレーム２０の頭部フレーム２１と延長部フレーム２２との接合部の接合強度を、回転速度１５００回転／分のものにつき、ＪＩＳ Ｚ ３１２１に準じて測定したところ、引張強さは１６３ＭＰａ、破断伸びは１３．３％、０．２％耐力は１０１ＭＰａであり、材料自体の引張強さは２２７ＭＰａであることから、継手効率は約７２％であり、引張強さは１６３ＭＰａは十分に実用に耐える値であった。但しＪＩＳ Ｚ ３１２１では余盛を除去して平坦にした後の試験を行うが、摩擦攪拌接合では余盛が生じないため、余盛除去はせずに測定した。
以上の予備実験から接合条件を回転速度１５００回転／分、接合速度４００ｍｍ／分とした。
【実施例２】
【００５０】
実施例１で得られた支柱フレーム２０（厚さ１０ｍｍ、幅１２５ｍｍ、長さ１９２０ｍｍ）とアルミニウム合金（Ａ６０６３）からなる脚部フレーム１０（厚さ１０ｍｍ、幅１２５ｍｍ、長さ１４００ｍｍ）とを、図４に示す方法で摩擦攪拌接合して、支柱フレーム２０と脚部フレーム１０とからなるＬ型の角材フレームを製造した。なお、摩擦攪拌接合の終了位置に残るプローブ孔は亀裂発生の原因となる恐れがあるので、ドリルで孔明け加工を施した。
【００５１】
正確な角度で接合するため、斜行固定ガイド４４を用いた。斜行固定ガイド４４は平行四辺形状の外観をした、底板と側板を有し、底板が定盤にボルト等により固定され、底板上に被接合部材の２側面に沿わせ固定するための側板が底板にボルト等で固定される構造のものを使用した。底板９４は２０ｍｍ厚、側板８４は約１０ｍｍ厚、側板間距離は１２５ｍｍとした。底辺と斜辺のなす角度が６０度のものを用いた。底板の幅方向中央部に予めピン孔３１を設けた。斜行固定ガイド４４を定盤にボルトにて取り付け固定した。
同様に固定ガイド４５を定盤に固定した。固定ガイド４５は底板と側板を有し、底板が定盤にボルト等により固定され、底板上に被加工材の端面に沿わせ固定するための側板が底板にボルト等で固定される構造のものを使用した。
【００５２】
実施例１で接合された支柱フレーム２０の、脚部フレーム１０との突き合わせ面から１６０ｍｍはなれた幅方向中央位置に１０ｍｍ径のドリルによりピン孔２３を空けた。斜行固定ガイド４４の側板間にその側面が接するように支柱フレーム２０を置き、支柱フレーム２０のピン孔２３を斜行固定ガイド４４のピン孔３１に合わせピン５０を挿し支柱フレーム２０を固定ガイド４４に固定することにより、支柱フレーム２０を固定ガイド４４を介して定盤に固定した。
固定ガイド４５にその端部が当るように脚部フレーム１０を配置した。ブロック７１と７２からなる押圧手段７０を用いて、脚部フレーム１０を延長部フレーム２２に押し当て固定し押し付けた状態とし実施例１と同様にして摩擦攪拌接合した。接合部の外観は良好で、６０度の大型三角定規を作成し計測したところ接合体の角度は正確に６０度であった。
【００５３】
得られた角材フレームについて、支柱フレーム２０と脚部フレーム１０との接合部の引張試験を行ったところ、実施例１とほぼ同様な結果が得られた。さらに、上記Ｌ型の角材フレームを筐体の骨格フレームとして用いること以外は、従来のＬ型の物品搬送機の製造方法と同じ方法によりＬ型の物品搬送機を製造した。得られたＬ型の物品搬送機は、従来のＬ型の搬送機（株式会社下西製作所製の商品名「Ｌアップ型マグネポータ」）と同様に問題なく使用できた。
【００５４】
（比較例１）
ピンと固定ガイドを用いず、クランプのみを用いて頭部フレーム２１と延長部フレーム２２とを定盤に取り付け固定した以外は実施例１と同様にして頭部フレーム２１と延長部フレーム２２を接合した。
頭部フレーム２１と延長部フレーム２２との接合部にズレと曲がりが生じた。
【００５５】
（比較例２）
ピンと、斜行固定ガイド、固定ガイドを用いず、クランプのみを用いて支柱フレーム２０と脚部フレーム１０とを定盤に取り付け固定した以外は実施例１と同様にして支柱フレーム２０と脚部フレーム１０を接合した。
支柱フレーム２０と脚部フレーム１０との接合位置がズレており、角度も不正確で、後ろに倒れており、支柱フレーム先端では約１０ｍｍ弱の位置のズレがあった。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の製造方法で得られる支柱フレームと脚部フレームとからなるＬ型の角材フレームの一例を示す斜視図である。
【図２】図１に示すＬ型の角材フレームの製造方法において、頭部フレームと延長部フレームとからなる支柱フレームの製造方法を説明する平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線における断面図である。
【図４】図１に示す支柱フレームと脚部フレームとからなるＬ型の角材フレームの製造方法を説明する平面図である。
【図５】斜行固定ガイドの一例を示す斜視図である。
【図６】実施例１により得られた頭部フレームと延長部フレームとからなる支柱フレームの接合部の表面状態および裏面状態を示す写真である。
【図７】実施例１により得られた頭部フレームと延長部フレームとからなる支柱フレームの接合部の断面状態を示す写真である。
【符号の説明】
【００５７】
１０ 脚部フレーム
２０ 支柱フレーム
２１ 頭部フレーム
２２ 延長部フレーム
２３ 被接合部材のピン孔
３０ 定盤
３１ 定盤のピン孔、固定ガイドのピン孔
４３ 固定ガイド
４４ 斜行固定ガイド
５０ ピン
８４ 斜行固定ガイドの側板
９４ 斜行固定ガイドの底板
１００ ボルト
１０１ ボルト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被接合部材同士を突き合わせ摩擦攪拌接合により接合する接合体の製造方法であって、一の被接合部材にピン孔を設け、該ピン孔と、定盤に予め設けられたピン孔又は定盤に固定された固定部材に設けられたピン孔との位置を合わせ、これ等のピン孔にピンを挿入してピン留めすることにより被接合部材を定盤に位置決め固定し、前記一の被接合部材に他の被接合材を押圧した状態で突き合わせ面を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項２】
一の被接合部材と他の被接合部材の突き合わせ面を位置決めするための固定ガイドを併用することを特徴とする請求項１に記載の接合体の製造方法。
【請求項３】
一の被接合部材に対して他の被接合部材を斜め方向に接合する場合に、一の被接合部材と他の被接合部材の突き合わせ面を位置決めするための斜行固定ガイドを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の接合体の製造方法。
【請求項４】
被接合部材がアルミニウムまたはその合金からなる断面方形の角材フレームからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法により得られた角材フレームを筐体の骨格フレームとすることを特徴とする物品搬送機。
【請求項１】
被接合部材同士を突き合わせ摩擦攪拌接合により接合する接合体の製造方法であって、一の被接合部材にピン孔を設け、該ピン孔と、定盤に予め設けられたピン孔又は定盤に固定された固定部材に設けられたピン孔との位置を合わせ、これ等のピン孔にピンを挿入してピン留めすることにより被接合部材を定盤に位置決め固定し、前記一の被接合部材に他の被接合材を押圧した状態で突き合わせ面を摩擦攪拌接合することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項２】
一の被接合部材と他の被接合部材の突き合わせ面を位置決めするための固定ガイドを併用することを特徴とする請求項１に記載の接合体の製造方法。
【請求項３】
一の被接合部材に対して他の被接合部材を斜め方向に接合する場合に、一の被接合部材と他の被接合部材の突き合わせ面を位置決めするための斜行固定ガイドを用いることを特徴とする請求項１または２に記載の接合体の製造方法。
【請求項４】
被接合部材がアルミニウムまたはその合金からなる断面方形の角材フレームからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合体の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載の製造方法により得られた角材フレームを筐体の骨格フレームとすることを特徴とする物品搬送機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−３０１５８３（Ｐ２００７−３０１５８３Ａ）
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３０２５８（Ｐ２００６−１３０２５８）
【出願日】平成１８年５月９日（２００６．５．９）
【出願人】（８０１００００６１）財団法人大阪産業振興機構 (168)
【出願人】（０００１４０５９１）株式会社下西製作所 (21)
【出願人】（０００２０５６２７）大阪府 (238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１１月２２日（２００７．１１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月９日（２００６．５．９）
【出願人】（８０１００００６１）財団法人大阪産業振興機構 (168)
【出願人】（０００１４０５９１）株式会社下西製作所 (21)
【出願人】（０００２０５６２７）大阪府 (238)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]