JP2003326371A - 摩擦攪拌接合用工具 - Google Patents
摩擦攪拌接合用工具Info
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Abstract
る摩擦攪拌接合用工具を提供する。 【解決手段】 摩擦攪拌接合用工具13は被加工物に摩
擦熱を付与する円形ショルダー面31を備えるショルダ
ー部13aを備え、ショルダー面の中心軸線上に沿って
プローブ13bが垂設されている。このショルダー面は
軸線と直交する面であり、ショルダー面にはショルダー
回転方向に対してその外周側から中央側に向かう摩擦熱
強制移動パターン32が形成されている。また、プロー
ブには、プローブ上側でショルダー面と平行なプローブ
円周方向に撹拌を行い、プローブ下側で下側に向けて対
流を生じさせる加工パターンを形成するようにしてもよ
い。
Description
際に用いられる工具に関し、特に、良好に摩擦攪拌接合
を行うことのできる工具に関する。
ついて説明する。例えば、2枚の板材11及び12を摩
擦攪拌接合によって接合する際には、工具13が用いら
れる。この工具13は、被加工物に摩擦熱を付与する円
形ショルダー面を備えるショルダー部13aとショルダ
ー面の中心軸線上に沿って垂設されたプローブ13bと
を有している。板材11及び12を接合する際には、板
材11及び12を接合線(接合ライン)に沿って突き合
わせ、架台上でクランプする。次に、工具13を回転さ
せて、プローブ13bを接合ラインに接して、板材11
及び12に円形ショルダー面が接するまで圧入する。そ
して、工具13は上方から押圧されるとともに回転しつ
つ接合ラインに沿って移動する。板材11及び12に接
触しつつ回転するショルダー部13aは、軟化した板材
(材料)が飛び出すのを防止するとともに、板材との相
対的運動による摩擦熱の発生及び維持を行い、発生熱量
の大部分を担う。
が、プローブ13bの回転とショルダー部13aの移動
に起因する流体圧力効果によって、ショルダー部13a
の回転運動に応じて発生した摩擦熱によって軟化した材
料がプローブ回りに流動して、接合部において板材11
及び12が接合されることになる。
公報に記載された摩擦攪拌接合方法においては、図6に
示すように、回転工具200のショルダー部(大径部)
202としてその円形ショルダー面の中心部が凹状とな
ったものを用いており、この回転工具200のプローブ
201を接合部に挿入して、円形ショルダー面で接合部
を押圧しつつ回転させて、型材100及び101を接合
している(従来例1)。
プローブの形状を種々変化させたものが知られている。
例えば、図7に示す工具では、プローブ13bに螺旋状
のネジ体14を形成して、このネジ体14によって、摩
擦熱によって軟化した接合部の攪拌効果を増加するよう
にしている(従来例2)。
3bの外周にプローブ軸方向の少なくとも一部の長さに
わたって、少なくとも一つの凸状線乃至は凹溝を螺旋状
に設けている。つまり、図8に示す例では、プローブ1
3bの外周にプローブ13bの先端から基部側(下から
上に)向かって、3本の凹溝22が120°の位相差を
もって螺旋状に設けられている(従来例3)。そして、
このような螺旋状凹溝22によって、プローブ13bが
接合部に差し込まれた状態では、プローブ13bの攪拌
効果によって材料の塑性流動が高められる。
bの外周にその先端から軸方向にその中央部まで延びる
凹溝25を形成して、これら凹溝25を相対的に角度を
ずらして配置している(従来例4)。そして、これら凹
溝25によって、プローブ13bの攪拌効果を高めてい
る。
ダー面は平面状に成形されている関係上、円形ショルダ
ー面による攪拌効果が十分ではなく、その結果、図10
に示すように、対流現象が十分に行われず、摩擦攪拌接
合が不十分となる恐れがある。特に、円形ショルダー面
の回転速度(周速度)は、その中心軸付近に比べて外周
付近の方が速く、外周付近から中心軸付近に向かう対流
現象が起こりにくい。
面の中心部が凹状となったショルダー部を用いた場合に
は、中心部付近で摩擦熱が殆ど発生せず、接合部を良好
に摩擦攪拌接合することが難しい。
を設けているものの、単に図中上側から下側に向かって
材料が塑性流動させているのみであり、材料を対流させ
ることが難しく、結果的に、摩擦攪拌接合を良好に行う
ことができないことがある。しかも、従来例2でも、シ
ョルダー部13aの円形ショルダー面は平面状に成形さ
れているから、対流現象が起こりにくいことになる。
ブ13bの一部(下側)に形成されているのみであるの
で、プローブ13bの上側における攪拌効果が十分では
ない。そして、従来例3においても、ショルダー部13
aの円形ショルダー面は平面状に成形されているから、
対流現象が起こりにくいことになる。
の外周に形成しているものの、プローブ13bの上側に
おける攪拌効果が十分でなく、さらに、従来例4におい
ても、ショルダー部13aの円形ショルダー面は平面状
に成形されているから、対流現象が起こりにくいことに
なる。
ー部13aにおける対流効果が十分に行われず、さら
に、プローブ13bによる攪拌効果も十分でないため、
接合部を良好に摩擦攪拌接合できないことがある。
合することのできる摩擦攪拌接合用工具を提供すること
にある。
物に摩擦熱を付与する円形ショルダー面を備えるショル
ダー部を備え摩擦攪拌接合を行うための工具において、
前記ショルダー面は軸線と直交する面であり、該ショル
ダー面にショルダー回転方向に対し、外周側から中央側
に向かう摩擦熱強制移動パターンが形成されていること
を特徴とする摩擦攪拌接合用工具が得られる。
ルダー回転方向に対して外周側から中央側に向かって摩
擦熱強制移動パターンが形成されているので、ショルダ
ー部の回転運動に起因する摩擦熱を接合部の外側から中
央側に強制的に移動させることができ、その結果、対流
現象が十分となる。そして、このようにすれば、接合部
における塑性流動が高められ、良好に摩擦攪拌接合を行
うことができることになる。
が、例えば、ショルダー回転方向に対し外側より中央側
に向かうスクロール若しくは渦巻きパターン若しくは放
射湾曲線からなる連続凸若しくは凹曲線である。
ショルダー回転方向に対し外側より中央側に向かうスク
ロール若しくは渦巻きパターン若しくは放射湾曲線から
なる連続凸若しくは凹曲線とすれば、外側における発熱
量と中央側における発熱量とを異ならせることができ、
その結果、対流現象が十分となる。
例えば、外周側より中央側に向けて密度差若しくは直径
比を異ならせた散在点パターンである。このようにして
も、外側における発熱量と中央側における発熱量とを異
ならせることができる。
円形ショルダー面を備えるショルダー部とショルダー面
の中心軸線上に沿ってプローブが垂設された摩擦攪拌接
合を行うための工具において、前記プローブがプローブ
上側では、ショルダー面と平行なプローブ円周方向に撹
拌を行い、プローブ下側で下側に向けて対流を生じさせ
るように加工パターンが形成されていることを特徴とす
る摩擦攪拌接合用工具が得られる。
ブ上側ではショルダー面と平行なプローブ円周方向に撹
拌を行い、プローブ下側で下側に向けて対流を生じさせ
る加工パターンが形成されているから、材料の攪拌及び
対流を十分に行うことができ、その結果、良好な摩擦攪
拌接合を行うことができる。そして、例えば、プローブ
上側の加工パターンが縦目若しくは網目パターンとさ
れ、プローブ下側の加工パターンがプローブ回転方向に
対し下向きに回転流が生じせしめる螺旋若しくはネジパ
ターンとされる。
する円形ショルダー面を備えるショルダー部とショルダ
ー面の中心軸線上に沿ってプローブが垂設された摩擦攪
拌接合を行うための工具において、前記ショルダー面は
軸線と直交する面であり、該ショルダー面にショルダー
回転方向に対し、外周側から中央側に向かう摩擦熱強制
移動パターンが形成され、且つ前記プローブがプローブ
上側では、ショルダー面と平行なプローブ円周方向に撹
拌を行い、プローブ下側で下側に向けて対流を生じさせ
るように加工パターンが形成されていることを特徴とす
る摩擦攪拌接合用工具が得られる。
ルダー回転方向に対して外周側から中央側に向かって摩
擦熱強制移動パターンが形成されているので、ショルダ
ー部の回転運動に起因する摩擦熱を接合部の外側から中
央側に強制的に移動させることができ、その結果、対流
現象が十分となる。そして、このようにすれば、接合部
における塑性流動が高められる。さらに、プローブに、
プローブ上側ではショルダー面と平行なプローブ円周方
向に撹拌を行い、プローブ下側で下側に向けて対流を生
じさせる加工パターンが形成されているから、材料の攪
拌及び対流を十分に行うことができ、その結果、良好な
摩擦攪拌接合を行うことができることになる。
施の形態を例示的に詳しく説明する。但し、この実施の
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対配置などは、特に特定的な記載がない限りはこの
発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる
説明例に過ぎない。
ー部13aに規定された円形ショルダー面31を示す図
である。円形ショルダー面31は工具13の軸線と直交
する面であり、円形ショルダー面31にはショルダー回
転方向(実線矢印で示す方向)に対して、円形ショルダ
ー面31の外周側からその中央側に向かう摩擦熱強制移
動パターン32が形成されている。
ョルダー面31には摩擦熱強制移動パターン32とし
て、ショルダー回転方向に対して円形ショルダー面31
の外側(外周)から中央側(中心部側)に向かってスク
ロール状の連続曲線が形成されており、このスクロール
状連続曲線は、凸又は凹曲線である。
線が摩擦熱強制移動パターン32として円形ショルダー
面31を有する工具13を用いて、図5に示すようにし
て、摩擦攪拌接合を行うと、この凸又は凹曲線は、ショ
ルダー回転方向に対して円形ショルダー面31の外側か
ら中央側に向かうスクロール状の連続曲線であるから、
中央付近と外側付近とで、円形ショルダー面31が接合
部(図5に示す板材11及び12)を押圧する押圧力が
異なり、しかも円形ショルダー面31が接合部と接触す
る面積が中央付近と外側付近とで大きく異なることにな
って、接合部の外側(外周)と中央部付近とで摩擦熱に
差が生じることになる。そして、外側から内側に向かう
対流が発生することになる。そして、スクロール状凸又
は凹曲線を形成することによって、摩擦効果が向上する
から、図2に示すように、対流現象が十分にしかも良好
に行われることになる。
板材が十分に攪拌させることになって、良好に摩擦攪拌
接合を行うことができることになる。
面31には摩擦熱強制移動パターン32として、ショル
ダー回転方向に対して円形ショルダー面31の外側(外
周)から中央側(中心部側)に向かって渦巻き状の連続
曲線が形成されており、この渦巻き状の連続曲線は、凸
又は凹曲線である。
摩擦熱強制移動パターン32として円形ショルダー面3
1を有する工具13を用いて、図5に示すようにして、
摩擦攪拌接合を行うと、この凸又は凹曲線は、ショルダ
ー回転方向に対して円形ショルダー面31の外側から中
央側に向かう渦巻き状の連続曲線であるから、中央付近
と外側付近とで、円形ショルダー面31が接合部を押圧
する押圧力が異なり、しかも円形ショルダー面31が接
合部と接触する面積が中央付近と外側付近とで大きく異
なることになって、接合部の外側(外周)と中央部付近
とで摩擦熱に差が生じることになる。そして、外側から
内側に向かう対流が発生することになる。そして、渦巻
き状凸又は凹曲線を形成することによって、摩擦効果が
アップするから、対流現象が十分にしかも良好に行われ
ることになる。
面31には摩擦熱強制移動パターン32として、ショル
ダー回転方向に対して円形ショルダー面31の外側(外
周)から中央側(中心部側)に向かって放射湾曲状の連
続曲線が形成されており、この放射湾曲状の連続曲線
は、凸又は凹曲線である。
線が摩擦熱強制移動パターン32として円形ショルダー
面31を有する工具13を用いて、図5に示すようにし
て、摩擦攪拌接合を行うと、この凸又は凹曲線は、ショ
ルダー回転方向に対して円形ショルダー面31の外側か
ら中央側に向かう放射湾曲状の連続曲線であるから、中
央付近と外側付近とで、円形ショルダー面31が接合部
を押圧する押圧力が異なり、しかも円形ショルダー面3
1が接合部と接触する面積が中央付近と外側付近とで大
きく異なることになって、接合部の外側(外周)と中央
部付近とで摩擦熱に差が生じることになる。そして、外
側から内側に向かう対流が発生することになる。そし
て、放射湾曲状凸又は凹曲線を形成することによって、
摩擦効果がアップするから、対流現象が十分にしかも良
好に行われることになる。
ョルダー面31に摩擦熱強制移動パターン32として、
円形ショルダー面31の外側(外周)から中央側(中心
部側)に向かって密度差又は直径比を異ならせた散在点
パターン33を形成するようにしてもよい。この散在点
パターン33の各散在点33aは、例えば、凸又は凹状
である。
各散在点33aが凹状である場合には、中央側では散在
点33aの直径が小さく、外側に行くに従ってその直径
が大きくなっている。そして、各散在点33aを、例え
ば、螺旋状に配置することが望ましい。
た円形ショルダー面31を有する工具13を用いて、図
5に示すようにして、摩擦攪拌接合を行うと、この凹状
散在点パターン33では、中央側から外側に向かってそ
の直径が大きくなっているから、中央付近と外側付近と
で、円形ショルダー面31が接合部を押圧する押圧力が
異なり、しかも円形ショルダー面31が接合部と接触す
る面積が中央付近と外側付近とで大きく異なることにな
って、接合部の外側(外周)と中央部付近とで摩擦熱に
差が生じることになる。そして、外側から内側に向かう
対流が発生することになる。そして、放射湾曲状凸又は
凹曲線を形成することによって、摩擦効果がアップする
から、対流現象が十分にしかも良好に行われることにな
る。
散在点33aと中央側に位置する凹状散在点33aの直
径比を異ならせる代わりに、密度差を異ならせるように
してもよい。つまり、円形ショルダー面31の中央側で
は凹状散在点33aを少なくし、外側に行くにつれて凹
状散在点33aを多くするようにしてもよい。このよう
にしても、円形ショルダー面31が接合部を押圧する押
圧力が異なり、しかも円形ショルダー面31が接合部と
接触する面積が中央付近と外側付近とで大きく異なるこ
とになって、接合部の外側(外周)と中央部付近とで摩
擦熱に差が生じることになる。
は、中央側では、散在点33aの直径を大きくし、外側
に行くに従って、その直径を小さくする。また、円形シ
ョルダー面31の中央側では凸状散在点33aを多く
し、外側に行くにつれて凸状散在点33aを少なくする
ようにしてもよい。
られず、例えば、多角形とするようにしてもよく、いず
れにしても、円形ショルダー面31の中央側と外側(外
周側)とでその接触面積を異ならせるようにすればよ
い。
bの外周面には、加工パターン41が形成されており、
この加工パターン41は、図中、プローブ13bの上側
に位置づけられる上側加工パターン41aと、プローブ
13bの下側に位置づけられる下側加工パターン41b
とを有している。そして、上側加工パターン41aによ
って円形ショルダー面13aと平行なプローブ円周方向
に撹拌が行われ、下側加工パターン41bによって図中
下側に向けて対流が発生する。
aとして網目パターン(ローレット網目パターン)が用
いられ、下側加工パターン41bとしてネジパターンが
用いられる。このような加工パターン41が形成された
プローブ13bを有する工具13を用いて、図5に示す
ようにして、摩擦攪拌接合を行うと、網目パターンによ
って、板材11及び12の接合部が円形ショルダー面1
3aと平行なプローブ円周方向に撹拌されることにな
る。一方、ネジパターンによって下側に向けて対流が発
生することになる。この結果、図3に示すように、プロ
ーブ13aの攪拌作用によってプローブ近辺では、上側
から下側に向かって対流が起こり、プローブ周辺では下
側から上側に向かう対流が発生して、プローブ13bに
よって接合部が十分に攪拌されることになる。これによ
って、接合部において、塑性流動した板材が十分に攪拌
させることになって、良好に摩擦攪拌接合を行うことが
できる。
ン41aを縦目パターン(ローレットパターン)とし、
下側加工パターン41bを螺旋状パターンとしてもよ
い。このようにしても、プローブ13aの攪拌作用によ
ってプローブ近辺では、上側から下側に向かって対流が
起こり、プローブ周辺では下側から上側に向かう対流が
発生して、プローブ13bによって接合部が十分に攪拌
されることになる。
ダー面と平行なプローブ円周方向に撹拌を行い、プロー
ブ下側で下側に向けて対流を生じさせる加工パターン
を、プローブ外周面に形成すれば、接合部を十分に攪拌
できることになる。
移動パターン32を円形ショルダー面13aに形成する
とともに、前述した加工パターン41をプローブ13b
の外周面に形成したものを用いれば、対流効果及び攪拌
効果をともにアップすることができ、さらに良好に摩擦
攪拌接合を行うことができることになる。
ショルダー面にショルダー回転方向に対して外周側から
中央側に向かう摩擦熱強制移動パターンを形成するよう
にしたので、ショルダー部の回転運動に起因する摩擦熱
を突き合わせ接合部の外側から中央側に強制的に移動さ
せることができる。その結果、対流現象が十分となっ
て、突き合わせ接合部における塑性流動が高められ、良
好に摩擦攪拌接合を行うことができるという効果があ
る。
ショルダー回転方向に対して外側より中央側に向かうス
クロール若しくは渦巻きパターン若しくは放射湾曲線か
らなる連続凸若しくは凹曲線としたから、容易に摩擦熱
強制移動パターンをショルダー面に形成することがで
き、しかも、外側における発熱量と中央側における発熱
量とを異ならせて、対流現象を十分に生じさせることが
できるという効果がある。
て、外周側より中央側に向けて密度差若しくは直径比を
異ならせた散在点パターンを用いるようにしたから、外
側における発熱量と中央側における発熱量とを異ならせ
ることができ、対流現象を十分に生じさせることができ
るという効果がある。
はショルダー面と平行なプローブ円周方向に撹拌を行
い、プローブ下側で下側に向けて対流を生じさせるよう
に加工パターンを形成するようにしたから、材料の攪拌
及び対流を十分に行うことができ、その結果、良好な摩
擦攪拌接合を行うことができるという効果がある。そし
て、プローブ上側の加工パターンを縦目若しくは網目パ
ターンとし、プローブ下側の加工パターンをプローブ回
転方向に対し下向きに回転流が生じせしめる螺旋若しく
はネジパターンとすれば、容易に加工パターンをプロー
ブに形成することができる。
転方向に対して外周側から中央側に向かう摩擦熱強制移
動パターンが形成するとともに、プローブに、プローブ
上側でショルダー面と平行なプローブ円周方向に撹拌を
行いプローブ下側で下側に向けて対流を生じさせる加工
パターンを形成するようにしたので、ショルダー部の回
転運動に起因する摩擦熱を接合部の外側から中央側に強
制的に移動させることができ、その結果、対流現象を十
分に生じさせることができるばかりでなく、さらに、プ
ローブによって材料の攪拌及び対流を十分に行うことが
でき、その結果、良好な摩擦攪拌接合を行うことができ
るという効果がある。
動パターンの例を示す図であり(a)は第1の例を示す
図、(b)は第2の例を示す図、(c)は第3の例を示
す図、(d)は第4の例を示す図である。
図である。
成された加工パターンの一例を示す図である。
成された加工パターンの他の例を示す図である。
ある。
である。
である。
である。
現象を示す図である。
Claims (6)
- 【請求項1】 被加工物に摩擦熱を付与する円形ショル
ダー面を備えるショルダー部を備え摩擦攪拌接合を行う
ための工具において、 前記ショルダー面は軸線と直交する面であり、該ショル
ダー面にショルダー回転方向に対し、外周側から中央側
に向かう摩擦熱強制移動パターンが形成されていること
を特徴とする摩擦攪拌接合用工具。 - 【請求項2】 前記摩擦熱強制移動パターンがショルダ
ー回転方向に対し外側より中央側に向かうスクロール若
しくは渦巻きパターン若しくは放射湾曲線からなる連続
凸若しくは凹曲線であることを特徴とする請求項1に記
載の摩擦攪拌接合用工具。 - 【請求項3】 前記摩擦熱強制移動パターンが外周側よ
り中央側に向けて密度差若しくは直径比を異ならせた散
在点パターンであることを特徴とする請求項1に記載の
摩擦攪拌接合用工具。 - 【請求項4】 被加工物に摩擦熱を付与する円形ショル
ダー面を備えるショルダー部とショルダー面の中心軸線
上に沿ってプローブが垂設された摩擦攪拌接合を行うた
めの工具において、前記プローブがプローブ上側では、
ショルダー面と平行なプローブ円周方向に撹拌を行い、
プローブ下側で下側に向けて対流を生じさせるように加
工パターンが形成されていることを特徴とする摩擦攪拌
接合用工具。 - 【請求項5】 前記プローブがプローブ上側の加工パタ
ーンが縦目若しくは網目パターンであり、プローブ下側
の加工パターンがプローブ回転方向に対し下向きに回転
流が生じせしめる螺旋若しくはネジパターンであること
を特徴とする請求項4に記載の摩擦攪拌接合用工具。 - 【請求項6】 被加工物に摩擦熱を付与する円形ショル
ダー面を備えるショルダー部とショルダー面の中心軸線
上に沿ってプローブが垂設された摩擦攪拌接合を行うた
めの工具において、 前記ショルダー面は軸線と直交する面であり、該ショル
ダー面にショルダー回転方向に対し、外周側から中央側
に向かう摩擦熱強制移動パターンが形成され、 且つ前記プローブがプローブ上側では、ショルダー面と
平行なプローブ円周方向に撹拌を行い、プローブ下側で
下側に向けて対流を生じさせるように加工パターンが形
成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合用工具。
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---|---|---|---|
JP2002134086A JP4256623B2 (ja) | 2002-05-09 | 2002-05-09 | 摩擦攪拌接合用工具 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002134086A JP4256623B2 (ja) | 2002-05-09 | 2002-05-09 | 摩擦攪拌接合用工具 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JP2003326371A true JP2003326371A (ja) | 2003-11-18 |
JP4256623B2 JP4256623B2 (ja) | 2009-04-22 |
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Family Applications (1)
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JP2002134086A Expired - Fee Related JP4256623B2 (ja) | 2002-05-09 | 2002-05-09 | 摩擦攪拌接合用工具 |
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