図面 (/)

技術 摩擦攪拌形成工具で所望の非平面の構成に形成する方法、ならびに工作物を所望の非平面の構成に形成するための方法および装置

出願人 ザ・ボーイング・カンパニー
発明者 ロバート・エス・フォレストダグラス・ジェイ・ウォルドロン
出願日 2004年8月11日 (15年10ヶ月経過) 出願番号 2004-234543
公開日 2005年3月10日 (15年3ヶ月経過) 公開番号 2005-059101
状態 特許登録済
技術分野 溝・フランジの加工および板・棒等への特殊な曲げ
主要キーワード 円周経路 機械ヘッド プリホーム 形成機械 輪郭面 形成工具 回転ピン 摩擦攪拌処理
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2005年3月10日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

工作物を所望の非平面の構成に形成するための装置および方法が提供される。

解決手段

肩およびピンを有する少なくとも1つの摩擦攪拌形成工具を用いて、工作物を所望の構成に働きかけて、摩擦攪拌によって工作物を形成する。形成工具は、工作物をダイの輪郭面または構造部材とは反対側の工具からの肩に対して働きかけることができる。したがって、形成工具は工作物の一部を可塑化し、工作物を所望の構成に働きかける。さらに、摩擦攪拌処理によって工作物の材料特性を向上させることができる。

概要

背景

2)関連技術の説明
構造部材を所望の形状に形成することは、鍛造スタンピング曲げ加工機械加工等によって達成することができる。たとえば、鋼、アルミニウムチタン等の金属もしくはその合金フラットシートを含むプリホームまたはブランクを、鍛造において加熱し、かつで叩いて部材の所望の形状にすることができる。代わりに、機械または液圧プレスを用いて、たとえば部材の所望の輪郭に対応する形成表面を規定する2つの向かい合ったダイの間で、構造部材を所望の形状に打ち抜くまたは鍛造することができる。このような形成方法は、典型的に、溶解材料を所望の形状に鋳造することよりも速く、安価であり、部材に曲面、角等の複雑な形状を与えることができる。しかしながら、プリホームの特定の材料に依存して、過度の形成、たとえば鋭角の形成または他の重大な変形から、裂け目または弱体化部分が生じるかもしれない。したがって、特定の複雑な構造部材の形成には、多数の例示の部材が形成され、次に溶接または他の接合方法によって接合されることが必要とされるかもしれない。さらに、後に続く材料処理、たとえば溶体化熱処理エージングおよび急冷等の熱処理が、形成された部材の所望の特性を達成するのに必要とされるかもしれない。このような追加の動作によって、追加の製造時間および構造部材の費用がかかる。

構造部材は、所望の形状に形成される前に処理することもできる。たとえば、1つの提案された方法に従うと、プリホームを平面構成において支持し、摩擦攪拌溶接工具をプリホームに挿入して、回転して、プリホームの材料を可塑化する。摩擦攪拌溶接工具を次にプリホームの表面にわたって連続的に動かして、プリホームの一部が摩擦攪拌処理されるようにする。次にプリホームを、たとえば鍛造、スタンピング、曲げ加工等によって部材の所望の形状に形成する。このような摩擦攪拌処理は、プリホームの粒状構造を精製し、構造部材の材料特性を向上させる。しかしながら、このプロセスも時間がかかり、構造部材の費用がさらにかかる。

したがって、構造部材を形成するための改善された装置および処理が必要である。このプロセスは、複雑な幾何学的構成を有するものを含む構造部材のさまざまな構成を形成することができなければならない。さらに、プロセスは所望の材料特性を有する構造部材をもたらすべきである。

概要

工作物を所望の非平面の構成に形成するための装置および方法が提供される。 肩およびピンを有する少なくとも1つの摩擦攪拌形成工具を用いて、工作物を所望の構成に働きかけて、摩擦攪拌によって工作物を形成する。形成工具は、工作物をダイの輪郭面または構造部材とは反対側の工具からの肩に対して働きかけることができる。したがって、形成工具は工作物の一部を可塑化し、工作物を所望の構成に働きかける。さらに、摩擦攪拌処理によって工作物の材料特性を向上させることができる。

目的

本発明は、少なくとも1つの摩擦攪拌形成工具で工作物を所望の非平面の構成に形成するための装置および方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

この技術が所属する分野

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ライセンス契約や譲渡などの可能性がある特許掲載中! 開放特許随時追加・更新中 詳しくはこちら

請求項1

工作物を肩およびピンを規定する摩擦攪拌形成工具で所望の非平面の構成に形成する方法であって、工作物の所望の構成に対応する非平面の輪郭面を有するダイを与えるステップと、工作物を少なくとも部分的にダイに対して支持するステップと、形成工具の肩を工作物に対して働きかけ、かつ工作物をピンで少なくとも部分的に貫通させて、工作物が輪郭面に対して曲げられるようにするステップと、前記働きかけるステップの際に、工具のピンを少なくとも部分的に工作物内で回転させて、工作物の一部を可塑化するステップと、前記働きかけるステップの際に、少なくとも部分的に工具をダイの輪郭面に対応する予め規定された経路に調整して、肩が工作物を所望の構成に働きかけ、かつ工具が工作物において精製された粒状構造を有する摩擦攪拌形成領域を形成するようにするステップとを含む、方法。

請求項2

鋼、アルミニウムチタンおよびその合金からなるグループの材料のうちの少なくとも1つで形成された工作物を与えるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項3

前記与えるステップは、ドーム形状の輪郭面を規定するダイを与えるステップを含み、前記調整するステップは、工具をドーム形状の輪郭面に沿って動かすステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項4

前記働きかけるステップは、ピンを工作物の厚さの約半分を通って工作物に入るように働きかけるステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項5

前記調整するステップは、工作物の表面全体を実質的に連続して可塑化することにより表面にわたって工作物の粒状構造を精製するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項6

前記調整するステップは、肩を輪郭面に概ね平行に維持するステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項7

前記与えるステップは、ダイの輪郭面に少なくとも1つの詳細な特徴を形成して、対応する詳細の特徴が工作物に形成されるようにするステップを含む、請求項1に記載の方法。

請求項8

前記支持するステップは、少なくとも2つの構造部材を工作物として与えるステップを含み、構造部材は前記調整するステップの際に接合される、請求項1に記載の方法。

請求項9

前記調整するステップとともに工作物を回転させるステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項10

ピンを肩に対して調整するステップをさらに含む、請求項1に記載の方法。

請求項11

第1のおよび第2の向かい合った側を有する工作物を所望の非平面の構成に形成する方法であって、少なくとも1つの摩擦攪拌形成工具を与えるステップを含み、少なくとも1つの工具は第1のおよび第2の肩を規定し、肩は、向かい合った構成において構成され、その間で少なくとも部分的に延在する少なくとも1つのピンとともに概ね内側に向けられ、前記方法はさらに、工作物を第1のおよび第2の肩の間で支持して、第1の肩が工作物の第1の側に向けられ、かつ第2の肩が工作物の第2の側に向けられるようにするステップと、第1の肩を工作物の第1の側に対して働きかけ、第2の肩を工作物の第2の側に対して働きかけるステップと、前記働きかけるステップの際に、少なくとも1つのピンを少なくとも部分的に工作物内で回転させて、工作物の一部を可塑化するステップと、前記働きかけるステップの際に、少なくとも1つの工具を少なくとも部分的に予め規定された経路に沿って調整して、肩が工作物を所望の非平面の構成に働きかけ、かつ少なくとも1つのピンが工作物において精製された粒状構造を有する摩擦攪拌形成領域を形成するようにするステップとを含む、方法。

請求項12

前記与えるステップは、第1のおよび第2の摩擦攪拌形成工具を与えるステップを含み、第1の工具は第1の肩を規定し、第2の工具は第2の肩を規定し、各々の工具はそこから延在する少なくとも1つのピンのうちの1つを規定する、請求項11に記載の方法。

請求項13

前記働きかけるステップは、第1のおよび第2の工具のピンを、工作物の厚さの約半分の距離で挿入して、工作物の第1の側に形成された摩擦攪拌形成領域が、工作物の第2の側に形成された摩擦攪拌形成領域にまで及ぶようにするステップを含む、請求項12に記載の方法。

請求項14

前記与えるステップは、その間に延在するピンによって接続された第1のおよび第2の肩を与えるステップを含む、請求項11に記載の方法。

請求項15

鋼、アルミニウム、チタンおよびその合金からなるグループの材料のうちの少なくとも1つで形成される工作物を与えるステップをさらに含む、請求項11に記載の方法。

請求項16

前記調整するステップは、工具を曲面の経路を通して調整して、肩が工作物を曲面の構成に働きかけるようにするステップを含む、請求項11に記載の方法。

請求項17

前記調整するステップは、工作物の第1のおよび第2の側の全体を実質的に連続して可塑化するステップを含み、これにより第1の側および第2の側にわたって工作物の粒状構造を精製する、請求項11に記載の方法。

請求項18

前記調整するステップは、肩を概ね平行な構成に維持するステップを含む、請求項11に記載の方法。

請求項19

前記調整するステップは、少なくとも1つのピンを、ピンが延在する肩に対して軸方向に調整するステップを含む、請求項11に記載の方法。

請求項20

前記支持するステップは、少なくとも2つの構造部材を工作物として与えるステップを含み、構造部材は前記調整ステップの際に接合される、請求項11に記載の方法。

請求項21

工作物を所望の非平面の構成に形成するための装置であって、工作物の所望の非平面の構成に対応する輪郭面を有するダイと、肩、および肩から延在する回転可能なピンを規定する摩擦攪拌形成工具とを含み、工具は肩およびピンをダイの輪郭面に向けて働きかけるように構成されて、肩は工作物をダイに対しておよび所望の構成に働きかけ、かつピンは工作物を少なくとも部分的に貫通し、回転して、精製された粒状構造によって規定される摩擦攪拌形成領域を形成し、前記装置はさらに、摩擦攪拌形成工具を調整するためのアクチュエータを含み、アクチュエータは工具をダイの輪郭面に対応する予め規定された摩擦経路に沿って調整して、肩が工作物を所望の非平面の構成に働きかけるようにする、装置。

請求項22

ダイの輪郭面はドームを規定し、アクチュエータはダイによって規定されたドームに沿って工具を調整するように形成される、請求項21に記載の装置。

請求項23

ピンは工作物の厚さの約半分である、請求項21に記載の方法。

請求項24

アクチュエータは、摩擦攪拌形成工具を少なくとも2つの線状の方向においておよび少なくとも2つの回転軸のまわりで調整するように構成される、請求項21に記載の装置。

請求項25

ダイの輪郭面は少なくとも1つの詳細の特徴を規定する、請求項21に記載の装置。

請求項26

ダイは摩擦攪拌形成工具に対して回転されるように構成される、請求項21に記載の装置。

請求項27

工作物を所望の非平面の構成に形成するための装置であって、少なくとも1つの摩擦攪拌工具を含み、前記摩擦攪拌工具は、第1のおよび第2の向かい合った肩を有し、少なくとも1つのピンは肩の間に少なくとも部分的に延在し、肩はその間で工作物を受けるように概ね内部に向けられ、前記装置はさらに、摩擦攪拌形成工具を調整するための少なくとも1つのアクチュエータを含み、アクチュエータは、肩が工作物の向かい合った側に対して働きかけられるようにそれを内部の方向に調整するように構成されて、回転して工作物を少なくとも部分的にピンで貫通させて、精製された粒状構造によって規定された摩擦攪拌形成領域を形成し、アクチュエータは、摩擦攪拌形成工具を工作物の所望の非平面の構成に対応する予め規定された経路に沿って調整するように構成されて、肩が工作物を所望の非平面の構成に働きかけるようにする、装置。

請求項28

ピンは第1の肩から第2の肩に延在する、請求項27に記載の装置。

請求項29

形成工具は、第1のおよび第2のピンを有し、第1のピンは第1の肩から延在し、第2のピンは第2の肩から延在する、請求項27に記載の装置。

請求項30

少なくとも1つのアクチュエータは、摩擦攪拌形成工具を少なくとも2つの線状の方向においておよび少なくとも2つの回転軸のまわりで調整するように構成される、請求項27に記載の装置。

請求項31

第1のおよび第2の摩擦攪拌形成機械の肩は、概ね平行な構成に構成される、請求項27に記載の装置。

技術分野

0001

1)発明の分野
本発明は、構造部材の形成に関し、より特定的には摩擦攪拌処理を伴う構造部材の形成に関する。

背景技術

0002

2)関連技術の説明
構造部材を所望の形状に形成することは、鍛造スタンピング曲げ加工機械加工等によって達成することができる。たとえば、鋼、アルミニウムチタン等の金属もしくはその合金フラットシートを含むプリホームまたはブランクを、鍛造において加熱し、かつで叩いて部材の所望の形状にすることができる。代わりに、機械または液圧プレスを用いて、たとえば部材の所望の輪郭に対応する形成表面を規定する2つの向かい合ったダイの間で、構造部材を所望の形状に打ち抜くまたは鍛造することができる。このような形成方法は、典型的に、溶解材料を所望の形状に鋳造することよりも速く、安価であり、部材に曲面、角等の複雑な形状を与えることができる。しかしながら、プリホームの特定の材料に依存して、過度の形成、たとえば鋭角の形成または他の重大な変形から、裂け目または弱体化部分が生じるかもしれない。したがって、特定の複雑な構造部材の形成には、多数の例示の部材が形成され、次に溶接または他の接合方法によって接合されることが必要とされるかもしれない。さらに、後に続く材料処理、たとえば溶体化熱処理エージングおよび急冷等の熱処理が、形成された部材の所望の特性を達成するのに必要とされるかもしれない。このような追加の動作によって、追加の製造時間および構造部材の費用がかかる。

0003

構造部材は、所望の形状に形成される前に処理することもできる。たとえば、1つの提案された方法に従うと、プリホームを平面構成において支持し、摩擦攪拌溶接工具をプリホームに挿入して、回転して、プリホームの材料を可塑化する。摩擦攪拌溶接工具を次にプリホームの表面にわたって連続的に動かして、プリホームの一部が摩擦攪拌処理されるようにする。次にプリホームを、たとえば鍛造、スタンピング、曲げ加工等によって部材の所望の形状に形成する。このような摩擦攪拌処理は、プリホームの粒状構造を精製し、構造部材の材料特性を向上させる。しかしながら、このプロセスも時間がかかり、構造部材の費用がさらにかかる。

0004

したがって、構造部材を形成するための改善された装置および処理が必要である。このプロセスは、複雑な幾何学的構成を有するものを含む構造部材のさまざまな構成を形成することができなければならない。さらに、プロセスは所望の材料特性を有する構造部材をもたらすべきである。

課題を解決するための手段

0005

発明の簡単な概要
本発明は、少なくとも1つの摩擦攪拌形成工具工作物を所望の非平面の構成に形成するための装置および方法を提供する。形成工具は、工作物の一部を可塑化し、工作物を所望の構成にすることによって、工作物の粒状構造を精製する。したがって、工作物を複雑な形状を含むいかなる所望の構成に形成することもできる。さらに、工作物の材料特性を改善することができる。

0006

本発明の一実施例に従うと、装置は、工作物の所望の構成に対応するドーム形状といった輪郭面を規定するダイを含む。ダイは、工作物上に形成される特徴に対応する詳細な特徴を規定することもできる。肩およびそこから延在する回転可能なピンを含む摩擦攪拌形成工具は、肩およびピンをダイの輪郭面の方へ働きかけるように構成される。したがって、肩は、工作物をダイに対してかつ所望の構成に働きかけて、ピンは、工作物を少なくとも部分的に貫通し、回転して、精製された粒状構造によって規定された摩擦攪拌形状領域を形成する。装置は、たとえば少なくとも2つの線状の方向において、および少なくとも2つの回転軸のまわりで、ダイの輪郭面に対応する予め規定された経路に沿って摩擦攪拌形成工具を調整するためのアクチュエータも含む。このダイを形成工具に対して回転させることもできる。

0007

本発明の別の実施例に従うと、この装置は、向かい合った構成における第1のおよび第2の摩擦攪拌形成工具を含んで、肩が、その間の工作物を受けるように概ね内部に向けられるようにする。形成工具は、1つ以上のアクチュエータによって工作物の向かい合った側に対して内部方向に調整されて、ピンが少なくとも部分的に工作物を貫通するようにする。ピンは回転して、工作物に摩擦攪拌形成領域を形成し、アクチュエータは工作物の所望の非平面の構成に対応する予め規定された経路に沿って、摩擦攪拌形成工具を調整して、肩が工作物を所望の構成に働きかけるようにする。

0008

本発明はさらに、工作物を形成するための方法を提供する。工作物は、ダイに対して少なくとも部分的に支持され、形成工具の肩は工作物に対して働きかけられる。ピンは少なくとも部分的に工作物を貫通し、工作物は輪郭面に対して曲げられる。工具のピンは工作物において回転されて、工作物の一部を可塑化することにより、精製された粒状構造を有する摩擦攪拌形成領域を形成する。工具は、ダイの輪郭面に対応する予め規定された経路に調整されて、肩が工作物を所望の非平面の構成に働きかけるようにする。工作物の表面全体を可塑化することにより、表面にわたる工作物の粒状構造を精製することができる。さらに、2つ以上の構造部材を与え、接合して、工作物を形成することができる。

0009

本発明の別の実施例に従った方法は、向かい合った構成において構成された第1のおよび第2の摩擦攪拌形成工具によって工作物を形成するステップを含んで、肩がその間で支持される工作物の概ね内部の方に向けられるようにする。第1のおよび第2の工具の肩は、工作物のそれぞれの側に対して働きかけられ、第1のおよび第2の工具のピンはそれぞれの側に少なくとも部分的に貫通する。ピンを回転して工作物の向かいあった部分を可塑化することにより、工作物における規定された粒状構造を有する向かい合った摩擦攪拌形成領域を形成する。この工具はまた、対応する予め規定された経路において調整されて、肩が工作物を所望の非平面の構造に働きかけるようにする。

0010

このようにして本発明を一般的な用語で説明してきたが、ここで添付の図面を参照する。これらの図面は必ずしも同じ割合で描かれていない。

発明を実施するための最良の形態

0011

発明の詳細な説明
ここで本発明が添付の図面を参照して以下でより完全に説明されるが、本発明のすべてではなく一部が示される。実際、本発明は多くの異なる形態で実施することができ、本明細書で述べられた実施例に限定されるものとして解釈されるべきではなく、これらの実施例は、この開示が適用可能な法的要件を満たすために与えられている。同じ数字は本明細書を通して同じ要素を示している。

0012

ここで図面、特に図1を参照すると、工作物100を所望の構成に形成するための装置10が示されている。工作物100は、鋼、アルミニウム、チタン等の金属またはその合
金、重合体、および摩擦攪拌処理に適合する他の材料で形成することができる。工作物100を、構造パネルブラケット、管、キャップ等を含むがそれらに限定されないさまざまな適用例のために用いることができる。たとえば、ドーム形状の工作物100および管状の工作物110(図3)を形成、接合して、閉じられたまたは部分的に閉じられた容器を作成することができる。工作物100は、航空宇宙産業、航空産業水産業および自動車産業の車両のための、または圧力容器武器等の他の構造のための構造部材として用いることができる。

0013

装置10は、工作物100の所望の非平面の構成に対応する輪郭面22を規定するダイ20を含む。図1に示されたダイ20の輪郭面22はドーム形状であるが、輪郭面22は代わりに複雑な曲面、角等を含む他の形状を規定することができる。好ましくは、輪郭面22は非平面である、すなわち表面22は1つ以上の曲面、角または他の非平面の特徴を規定する。たとえば、非平面の表面は、ある角度で配置された2つ以上の平面部分によって規定することができる。非平面の表面は、平面のダイ上にねじ山チャネルまたは他の特徴を配置することによって形成することもできる。ダイ20は、ベース30またはフレームに固定され、このベースまたはフレームはダイ20を回転させるかそうでなければ動かすように構成することができる。ダイ20は工作物100を部分的に受けて、たとえば工作物100が輪郭面22の一部と接触するようにする。ボルト24または他の接続道具を用いて、工作物100をダイ20の輪郭面22に固定することができる。

0014

装置10はまた、肩42およびピン44を有する摩擦攪拌形成工具40を含む。アクチュエータ50は、工具40を回転させ、かつ工具40をダイ20および工作物100に対して調整するように構成される。したがって、アクチュエータ50は、回転工具40を工作物100の方に進めて、工作物100の第1の側102を少なくとも部分的にピン44で貫通させることができる。アクチュエータ50はまた、予め定められた経路に沿って工具40を調整するように構成されて、回転ピン44が工作物100を通って動くようにする。たとえば、アクチュエータ50は、アクチュエータ50を支持するおよび/または移動させるリンク機構またはフレーム52に接続することができる。特に、アクチュエータ50および/またはフレーム52は、コンピュータ数値制御CNC)装置とすることができ、これは機械ヘッドを制御するために通常用いられるようにプログラムすることができる。

0015

回転ピン44が工作物100を通って動くと、ピン44は工作物100の領域を摩擦によって加熱し可塑化する。可塑化された領域は次に冷めて固まり、図2に示したような精製された粒状構造を有する摩擦攪拌形成領域114を形成する。したがって、本発明の摩擦攪拌処理動作からもたらされる工作物100の材料特性への影響は、トマス(Thomas)等に付与され、その全体が引用により援用される米国特許第5,460,317号に記載された摩擦攪拌溶接からもたらされるものと類似しているまたは同じである。一般的に摩擦攪拌形成からもたらされる工作物100の精製された粒状構造の結果として、工作物100の材料特性は、たとえば工作物100の強さおよび耐食性を増大させることによって向上させることができる。

0016

摩擦攪拌形成工具40および/またはダイ20は、工具40を工作物100を通って動かすように調整することができる。たとえば、図1に示されるように、ダイ20は回転機器32を介してベース30に接続され、この回転機器は、手動またはアクチュエータ(図示せず)のいずれかによって、ダイ20および工作物100をベース30に対して回転させるように構成される。さらに、摩擦攪拌形成工具40は、図2に示されるように、ダイ20の輪郭に対応するアークにわたってアクチュエータ50によって調整されるように構成される。すなわち、工具40は曲面の経路を進み、ピン44の長手方向に垂直な軸のまわりで回転して、ピン44が工作物100を進むようにする。したがって、摩擦攪拌形成
工具40およびダイ20は、ピン44が工作物100の表面102全体を進むように調整することができる。たとえば、摩擦攪拌形成工具40は、ダイ20が回転している間に工作物100の中心から工作物100の縁部に向かって放射状に外部に調整することにより、ピン44を工作物100にわたってらせん状の経路を通して調整することができる。

0017

他の実施例において、摩擦攪拌形成工具40およびダイ20は、互いに対して他の態様で動かすことができる。たとえば、形成工具40を工作物100の表面102を通って動かす一方で、ダイ20を静止して保持することができ、および形成工具40は多数の軸のまわりで回転することができるため、肩42をダイ20の輪郭面22および/または工作物100の表面102に実質的に平行に保つことができる。どんな場合でも、ピン44は肩42に垂直とすることができ、ピン44は肩42から反作用を受けた状態で工作物100の表面に実質的に垂直に保たれる。すなわちピン44がピン44と同一線上の点で輪郭面22に接する平面と垂直である。

0018

ピン44は、工作物100の厚さ全体を通して延在するのに十分な長さとすることができる。代わりに、ピン44は工作物100の厚さよりも短い、たとえば工作物100の厚さの約半分とすることができる。さらに、ピン44は肩42に対して調整することができ、ピン44は図2に示されるように延長され、図1に示されるように引込めることができる。したがって、工具40を用いて異なる厚さの工作物100を処理することができる。さらに、ピン44は工作物100の処理の際に調整することができ、ピン44は異なる深さで、工作物100の異なる部分に貫通することができる。たとえば、工作物100の厚さが均一でない場合、ピン44は工作物100の厚い部分を処理する際に延長すことができ、工作物100の薄い部分を処理する際に引込めることができる。ピン44は、各々の処理動作の開始の際に肩42から工作物100へと延在することができ、および/または各々の処理動作が終わると肩42から、したがって工作物100から引込めることもできる。

0019

ピン44が工作物100にわたって進むと、肩42は工作物100に対して働きかけ、工作物100を輪郭面22の方におよび所望の構成または工作物100に働きかける。したがって、工作物100は平坦な構成で始めることができ、図2に示されるように、曲げるかまたはそうでなければ所望の形状に形成することができる。さらに、工作物100の厚さは図2では均一のものとして示されているが、肩42は工作物100の処理された部分から可塑化された材料に働きかけることによって、不均一な工作物100を形成するか、または全体を通してより薄い均一な工作物100を形成することができる。予め定められた経路は、工作物100の表面102全体を通過することができる、すなわち実質的に表面102全体の粒状構造が精製される。代わりに、ピン44は、たとえば徐々に間隔をあけた位置または工作物100において粒状精製が望まれる特定の部分における工作物100の選択部分のみを通過することができる。さらに、溝、ねじ山、開口、ノブ等の詳細の特徴26を輪郭面22に与えることができ、工作物100がダイ20に対して形成されると、対応する詳細が工作物100に形成される。図1および2に示された詳細な特徴26は、ダイ20のまわりで円周状に延在する溝であり、これは対応するねじ山が工作物100において形成されるようにする。

0020

本発明に従った形成装置10aを用いて、工作物100を別の部材110に接合することもできる。たとえば、図3に示されるように、ダイ20は図1に示されたものと同様のドーム状の輪郭を規定する。しかしながら、延長部28がベース30およびダイ20の間に配置されて、管等の追加の部材110を工作物100の近傍に配置することができる。管110は支持部材34によって支持されて、工作物100が所望の構成に形成されるときに管110が工作物100に隣接して位置付けられて、界面112がその間で規定されるようにする。管110を支持部材34に固定するためにクランプ部材36を設けること
もできる。さらに、管110およびダイ20は回転機器32によって支持され、摩擦攪拌形成工具40に対して回転することができる。図3に示されるように、摩擦攪拌形成工具40のピン44は、工作物100および管110の界面112で挿入することができ、工作物100および管110は回転機器32によって回転することができ、ピン44が界面112によって規定された円周経路を通して調整される。摩擦攪拌形成工具40は、界面112で管110および工作物110の材料を摩擦によって加熱し、可塑化することによって、界面112で摩擦攪拌溶接継手を形成する。したがって、工作物100が形成された後で、工作物100は追加の部材110に接合することができ、接合は形成動作と同じ装置10aで行なうことができる。

0021

図4および図5は、本発明の別の形成装置10bを示しており、工作物100は2つの向かい合った摩擦攪拌形成工具40a,40bによって形成される。工具40a,40bの各々は、肩42a,42bおよびそこから延在するピン44a,44bを含む上述の工具40と同様のものとすることができる。工具40a,40bは、工作物100と反対側に位置付けられて、肩42a,42bは工作物100の反対側102,104に対して内部に向けられる。工作物100は、ベースまたはフレーム39に固定された、クランプ部材38または他の支持装置によって支持される。たとえば、クランプ38は工作物100を適所に固定する機械または液圧クランプとすることができる。リンク機構またはフレームに接続されたアクチュエータ50a,50bは、工具40a,40bを回転させ、予め定められた経路に沿って工具40a,40bを調整する。したがって、アクチュエータ50a,50bはピン44a,44bを回転させ、工具40a,40bを内部に働きかける。ピン44a,44bは、工作物100の反対側102,104を少なくとも部分的に貫通し、アクチュエータ50a,50bは予め定められた経路に沿って工具40a,40bを動かして、工作物100の領域が可塑化され、工具40a,40bの肩42a,42bが工作物100を所望の構成に働きかけるようにする。たとえば、アクチュエータ50a,50bは、肩42a,42bを平行な構成に維持する一方で、工作物100の長さに沿って移動することができる。アクチュエータ50a,50bは、たとえば図4および図5に示された位置の間で、ピン44a,44bの長手軸の垂直な軸のまわりで回転することができ、それにより工作物100を曲面の構成に働きかけることもできる。三次元の曲面の表面を含むより複雑な形状を、たとえば2つ以上の線状の方向においてかつ2つ以上の回転軸のまわりで摩擦攪拌形成工具40a,40bのうちの1つまたは双方を調整することによって、この態様で形成することもできる。形成された構成において、工作物100は精製された粒状構造によって規定される摩擦攪拌形成領域114を規定する。

0022

図4に示されるように、摩擦攪拌形成工具40a,40bのピン44a,44bの長さは、工作物100の厚さの約半分であるかそれ未満であり、ピン44a,44bが、向かい合った側から工作物100に働きかけられたときに互いに接触しないようにする。各々のピン44a,44bはそれぞれの肩42a,42bに対して調整することもでき、ピン44a,44bは上述のように延長するかまたはそこから引抜くことができる。さらに、ピン44a,44bはわずかに異なる位置で工作物100に挿入することができ、ピン44a,44bのうちの一方が他方のピン44a,44bを予め定められた経路に沿って「導く」ようにする。いずれの場合にせよ、摩擦攪拌形成領域114は工作物の厚さ全体を通して延在することができる。工具40a,40bを用いて、工作物100全体または工作物100の選択部分のみが処理されるまで、工作物100の連続的な部分を可塑化することができる。また、単一の工作物100が図4および5に示されているが、工作物100を多数の部材で形成することができ、かつ摩擦攪拌形成工具40a,40bは摩擦攪拌溶接によって部材を接合することができることが理解される。

0023

図6に示されるように、形成装置10cは単一の自己到達摩擦攪拌形成工具40cによって規定される2つの向かい合った肩42c,42dを含むことができる。肩42c,4
2dは、工作物100を通して延在するピン44cによって接続されて、第1の肩42cが工作物100の第1の側102に向けられ、第2の肩42dが工作物100の第2の側104に向けられるようにする。上述のアクチュエータ50,50a,50bと同様のアクチュエータ50cを摩擦攪拌形成工具40cに接続し、工具40cを工作物100を通して調整するように構成する。処理動作の開始において、ピン44cは工作物100の端部から工作物100へ導入することができる、またピン44cは肩42c,42dのうちの1つまたは双方から取り外すことができ、ピン44cを示されるように工作物100の穴を通って配置し、肩42c,42dとともに組立てることができる。アクチュエータ50cは次に工具40cを非平面の経路に沿って工作物100を通って調整して、回転ピン44cが工作物100の一部を可塑化して、肩42c,42dが工作物100を所望の非平面の構成に働きかけるようにすることができる。

0024

先述の処理のいずれかによって形成される摩擦攪拌形成の後で、工作物100およびそのいかなる追加の部材110も装置10,10a,10b,10cにおいて他の態様で処理することができる。たとえば、工作物100は機械ヘッド(図示せず)によって予め定められた許容誤差まで機械加工することができ、この機械ヘッドはアクチュエータ50,50a,50b,50c上の摩擦攪拌形成工具40,40a,40b,40cに取って代わることができ、また別々に設けることもできる。さらに、熱処理は、工作物100を予め定められたスケジュールに従った1つ以上の予め定められた温度まで加熱、冷却することによって行なうことができる。工作物100が装置10,10a,10b,10cで固定される限り熱処理を行なうことができ、または工作物100を装置10,10a,10b,10cから取り外して、異なる装置で熱処理することができる。

0025

本明細書で述べられた本発明の多くの修正および他の実施例が、先述の説明および関連の図面において提示された教示の恩恵を有する、これらの発明が関係する当業者に思い浮かぶであろう。たとえば、形成工具40,40a,40b,40cの肩42,42a,42b,42c,42dを用いて、工作物100を先述の例における所望の構成に働きかける一方で、工作物100を曲げることができる、すなわち所望の形状に少なくとも部分的に弾性的に曲げることができ、形成工具40,40a,40b,40cが摩擦攪拌形成によって工作物100を処理する間にその形状に抑制して、工作物100が解放された後で所望の形状を維持することができることも認識される。抑制は、機械もしくは液圧クランプまたは他の抑制装置を用いて達成することができる。したがって、本発明は、開示された特定の実施例に限定されるのではなく、修正および他の実施例が別掲の特許請求の範囲内に含まれることが意図されることを理解すべきである。本明細書において特定の用語が用いられているが、これらは一般的かつ説明的な意味で用いられたにすぎず、制限を目的としたものではない。

図面の簡単な説明

0026

本発明の一実施例に従った工作物を形成するための装置を示す斜視図である。
部分的に形成された工作物とともに示された、図1の装置を示す断面図である。
本発明の別の実施例に従った工作物を形成するための装置を示す断面図である。
本発明のさらに別の実施例に従った工作物を形成するための装置を示す立面図である。
部分的に形成された工作物とともに示された、図4の装置を示す立面図である。
本発明のさらに別の実施例に従った工作物を形成するための装置を示す立面図である。

符号の説明

0027

10 装置、20 ダイ、30ベース、40摩擦攪拌形成工具、42 肩、44ピン、50アクチュエータ、100工作物。

ページトップへ

この技術を出願した法人

この技術を発明した人物

ページトップへ

関連する挑戦したい社会課題

該当するデータがありません

関連する公募課題

該当するデータがありません

ページトップへ

技術視点だけで見ていませんか?

この技術の活用可能性がある分野

分野別動向を把握したい方- 事業化視点で見る -

(分野番号表示ON)※整理標準化データをもとに当社作成

ページトップへ

おススメ サービス

おススメ astavisionコンテンツ

新着 最近 公開された関連が強い技術

この 技術と関連性が強い人物

関連性が強い人物一覧

この 技術と関連する社会課題

該当するデータがありません

この 技術と関連する公募課題

該当するデータがありません

astavision 新着記事

サイト情報について

本サービスは、国が公開している情報(公開特許公報、特許整理標準化データ等)を元に構成されています。出典元のデータには一部間違いやノイズがあり、情報の正確さについては保証致しかねます。また一時的に、各データの収録範囲や更新周期によって、一部の情報が正しく表示されないことがございます。当サイトの情報を元にした諸問題、不利益等について当方は何ら責任を負いかねることを予めご承知おきのほど宜しくお願い申し上げます。

主たる情報の出典

特許情報…特許整理標準化データ(XML編)、公開特許公報、特許公報、審決公報、Patent Map Guidance System データ