JP2005152909A - Rotary tool, friction stir joining device, and friction stir joining method - Google Patents

Rotary tool, friction stir joining device, and friction stir joining method Download PDF

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JP2005152909A JP2003391676A JP2003391676A JP2005152909A JP 2005152909 A JP2005152909 A JP 2005152909A JP 2003391676 A JP2003391676 A JP 2003391676A JP 2003391676 A JP2003391676 A JP 2003391676A JP 2005152909 A JP2005152909 A JP 2005152909A
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Yasufumi Norimatsu
康文 則松
Nobumi Hiromoto
悦己 広本
Yujiro Watabe
裕二郎 渡部
Yoshikuni Kato
慶訓 加藤
Toyoaki Yasui
豊明 安井
Chie Kusaka
智恵 日下
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a friction stir joining method which prevents the metallic component in a joining material from adhering to a rotary tool in spite of long-time use. <P>SOLUTION: The friction stir joining device equipped with the rotary tool 4 which prevents the adhesion of the aluminum of the joining material in spite of the long-time use by forming diamond-like carbon 25 to obstruct the adhesion of the aluminum atop a small-diameter section 5, end surface 33 and bobbin 24 being the areas coming into contact with the metal is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、金属同士の接合部を摩擦撹拌して一体化するための撹拌接合のための回転ツールに関する。
また、本発明は、金属同士の接合部に回転ツールを挿入して接合を行う摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法に関する。 The present invention relates to a rotary tool for agitation joining for friction agitation and integrating metal-to-metal joints.
The present invention also relates to a friction stir welding apparatus and a friction stir welding method that perform joining by inserting a rotary tool into a joint between metals.

例えば、車両の外板となるアルミ合金の接合を行う場合、鋼板同士の接合部にねじ状の回転ツールを挿入して鋼板同士の接合を行う摩擦撹拌接合が知られている(例えば、非特許文献１、特許文献１参照)。摩擦撹拌接合は、鋼板よりも固い材質(鋼板がアルミ合金の場合、例えば普通鋼)の回転ツールを接合部で回転させながら移動させることで、接合方向に連続な歪接合を施す技術である。摩擦撹拌接合では、接合部の金属組織が鋳造組織ではなく加工組織となって機械特性が優れたものとなる。   For example, when joining an aluminum alloy that is an outer plate of a vehicle, friction stir welding is known in which a screw-shaped rotating tool is inserted into a joint between steel plates to join the steel plates (for example, non-patent Reference 1 and Patent Reference 1). Friction stir welding is a technique that performs continuous strain welding in the joining direction by moving a rotating tool made of a material harder than a steel plate (when the steel plate is an aluminum alloy, for example, ordinary steel) while rotating it at the joint. In the friction stir welding, the metal structure of the joint becomes a processed structure, not a cast structure, and has excellent mechanical properties.

従来の摩擦撹拌接合では、回転ツールと鋼板のぬれ性と粘性をバランスさせて条件を設定しているが、塑性流動による接合であるので、接合を繰り返すことにより回転ツールに金属成分(アルミニウム)が凝着してしまい、長時間(例えば、３時間以上)使用することができないのが現状であった。   In conventional friction stir welding, the conditions are set by balancing the wettability and viscosity of the rotating tool and the steel plate.However, since the welding is performed by plastic flow, the metal component (aluminum) is added to the rotating tool by repeating the welding. The current situation is that it cannot be used for a long time (for example, 3 hours or more) due to adhesion.

回転ツールにアルミニウムが凝着した場合、回転ツールを装置から取り外し、酸液に浸漬して凝着したアルミニウムを溶かしていた。このため、連続加工ができずに生産性に限度があった。また、段取り替えに時間を要すると共に加工条件の再設定を行う必要があり、作業性が悪く加工条件を安定させて一定条件での加工を維持することが困難であった。   When aluminum adhered to the rotating tool, the rotating tool was removed from the apparatus and immersed in an acid solution to dissolve the adhered aluminum. For this reason, continuous processing could not be performed and productivity was limited. In addition, it takes time to change the setup, and it is necessary to reset the machining conditions, so that the workability is poor and it is difficult to stabilize the machining conditions and maintain the machining under constant conditions.

日本溶接協会、溶接技術、第５１巻、第５号、p.６０〜p.６９、２００３年５月Japan Welding Association, Welding Technology, Vol. 51, No. 5, p.60-p.69, May 2003 特開２００２-６６７５８号公報JP 2002-66758 A

本発明は上記状況に鑑みてなされてもので、長時間使用しても接合材の金属成分が凝着することがない回転ツールを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a rotary tool in which the metal component of the bonding material does not adhere even when used for a long time.

また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、長時間使用しても接合材の金属成分が凝着することがない回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置を提供することを目的とする。   Another object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus provided with a rotating tool that does not adhere to the metal component of the bonding material even when used for a long time. .

また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、長時間使用しても接合材の金属成分が回転ツールに凝着することがない摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とする。
Another object of the present invention is to provide a friction stir welding method in which a metal component of a bonding material does not adhere to a rotating tool even when used for a long time.

上記目的を達成するための請求項１の本発明の回転ツールは、
金属同士の接合部を摩擦撹拌して一体化するための摩擦攪拌接合のための回転ツールであって、
金属に接触する部位の表面に接合材金属の付着を阻止する付着阻止皮膜を形成した
ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the rotary tool of the present invention according to claim 1 comprises:
A rotary tool for friction stir welding for friction stir to integrate the joints between metals,
It is characterized in that an adhesion preventing film that prevents adhesion of the bonding material metal is formed on the surface of the portion that contacts the metal.

そして、請求項２の本発明の回転ツールは、
請求項１に記載の回転ツールにおいて、
表面に下地層を形成し、下地層の表面に付着阻止皮膜を形成した
ことを特徴とする。 And the rotary tool of the present invention according to claim 2 comprises:
The rotating tool according to claim 1,
An underlayer is formed on the surface, and an adhesion prevention film is formed on the surface of the underlayer.

また、請求項３の本発明の回転ツールは、
請求項１もしくは請求項２に記載の回転ツールにおいて、
付着皮膜は表面の不均一部位に形成されている
ことを特徴とする回転ツール。 The rotating tool of the present invention according to claim 3 is
The rotary tool according to claim 1 or 2,
A rotating tool characterized in that the adhesion film is formed on a non-uniform part of the surface.

また、請求項４の本発明の回転ツールは、
請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の回転ツールにおいて、
円柱状の本体部が設けられると共に本体部の先端に小径部が設けられ、接合部に小径部が挿入され、本体部と小径部との間の段差部が接合部の表面に摺接する
ことを特徴とする。 The rotating tool of the present invention according to claim 4
The rotary tool according to any one of claims 1 to 3,
A cylindrical main body part is provided, a small diameter part is provided at the tip of the main body part, a small diameter part is inserted into the joint part, and a step part between the main body part and the small diameter part is in sliding contact with the surface of the joint part. Features.

また、請求項５の本発明の回転ツールは、
請求項４に記載の回転ツールにおいて、
少なくとも、小径部が設けられた本体部の端面に付着阻止皮膜を形成した
ことを特徴とする。 The rotating tool of the present invention according to claim 5
The rotary tool according to claim 4,
It is characterized in that an adhesion preventing film is formed on at least the end face of the main body provided with the small diameter part.

また、請求項６の本発明の回転ツールは、
請求項４もしくは請求項５に記載の回転ツールにおいて、
小径部の表面の不均一部位に付着皮膜が形成されている
ことを特徴とする。 The rotating tool of the present invention according to claim 6
The rotary tool according to claim 4 or 5,
It is characterized in that an adhesion film is formed on a non-uniform part of the surface of the small diameter part.

また、請求項７の本発明の回転ツールは、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の回転ツールにおいて、
アルミニウムもしくはマグネシウムもしくは鉛を含む金属の接合に用いられ、
付着阻止皮膜はダイヤモンドライクカーボンである
ことを特徴とする。 The rotating tool of the present invention according to claim 7
The rotary tool according to any one of claims 1 to 6,
Used for joining metals containing aluminum or magnesium or lead,
The adhesion-preventing film is diamond-like carbon.

また、請求項８の本発明の回転ツールは、
請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の回転ツールにおいて、
アルミニウムもしくはマグネシウムもしくは鉛を含む金属の接合に用いられ、
付着阻止皮膜は、少なくとも、TiN,CrN,TiC,SiC,TiAlN,AlCrSiNのいずれかである
ことを特徴とする。 The rotating tool of the present invention according to claim 8
The rotary tool according to any one of claims 1 to 6,
Used for joining metals containing aluminum or magnesium or lead,
The adhesion preventing film is at least one of TiN, CrN, TiC, SiC, TiAlN, and AlCrSiN.

また、請求項９の本発明の回転ツールは、
請求項２に記載の回転ツールにおいて、
下地層は、少なくとも、TiN,CrN,TiC,SiC,TiAlN,AlCrSiNのいずれかである
ことを特徴とする。 The rotating tool of the present invention according to claim 9
The rotary tool according to claim 2,
The underlayer is at least one of TiN, CrN, TiC, SiC, TiAlN, and AlCrSiN.

また、請求項１０の本発明の回転ツールは、
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の回転ツールにおいて、
基材は、少なくとも、工具鋼、コバルト基合金、ニッケル基合金、高速度鋼、タングステン、超硬、モリブデン合金、普通鋼、ステンレス、銅合金のいずれかである
ことを特徴とする。 The rotating tool of the present invention according to claim 10 comprises:
The rotary tool according to any one of claims 1 to 9,
The base material is at least one of tool steel, cobalt base alloy, nickel base alloy, high speed steel, tungsten, carbide, molybdenum alloy, ordinary steel, stainless steel, and copper alloy.

上記目的を達成するための請求項１１の本発明の摩擦撹拌接合装置は、
金属同士の接合部に挿入される回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置において、
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の回転ツールを備えた
ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the friction stir welding apparatus according to claim 11 of the present invention comprises:
In the friction stir welding apparatus equipped with a rotating tool inserted into the joint between metals,
A rotating tool according to any one of claims 1 to 10 is provided.

上記目的を達成するための請求項１２の本発明の摩擦撹拌接合方法は、
金属同士の接合部が回転ツールの挿入により接合される摩擦撹拌接合方法において、
請求項５に記載の回転ツールを用い、
接合部における金属の表面に本体部の端面を摺接させて金属同士の接合部を接合させる
ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the friction stir welding method of the present invention according to claim 12 comprises:
In the friction stir welding method in which the joint between the metals is joined by inserting a rotary tool,
Using the rotary tool according to claim 5,
It is characterized in that the end surface of the main body is brought into sliding contact with the surface of the metal in the joint to join the joint between the metals.

上記目的を達成するための請求項１３の本発明の摩擦撹拌接合方法は、
金属同士の接合部が回転ツールの挿入により接合される摩擦撹拌接合方法において、
回転ツールの挿入箇所における接合部に炭化水素系アルコールを供給して炭化金属を形成することで金属の回転ツールへの凝着を阻止しながら金属同士の接合部を接合させる
ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the friction stir welding method of the present invention according to claim 13 comprises:
In the friction stir welding method in which the joint between the metals is joined by inserting a rotary tool,
It is characterized in that a metal-to-metal joint is joined while preventing adhesion of the metal to the rotary tool by supplying hydrocarbon alcohol to the joint at the insertion site of the rotary tool to form a metal carbide.

上記目的を達成するための請求項１４の本発明の摩擦撹拌接合装置は、
金属同士の接合部に挿入される回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置において、
炭化金属を形成して金属の回転ツールへの凝着を阻止するため、金属同士の接合部に炭化水素系アルコールを供給するアルコール供給手段を設けた
ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the friction stir welding apparatus according to claim 14 of the present invention comprises:
In the friction stir welding apparatus equipped with a rotating tool inserted into the joint between metals,
In order to prevent metal from adhering to a rotating tool by forming a metal carbide, an alcohol supply means for supplying a hydrocarbon-based alcohol is provided at the joint between the metals.

上記目的を達成するための請求項１５の本発明の摩擦撹拌接合方法は、
金属同士の接合部が回転ツールの挿入により接合される摩擦撹拌接合方法において、
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の回転ツールを用い、
回転ツールの挿入箇所における接合部に炭化水素系アルコールを供給して炭化金属を形成することで金属の回転ツールへの凝着を阻止しながら金属同士の接合部を接合させる
ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the friction stir welding method of the present invention according to claim 15 comprises:
In the friction stir welding method in which the joint between the metals is joined by inserting a rotary tool,
Using the rotary tool according to any one of claims 1 to 10,
It is characterized in that the metal-to-metal joint is joined while preventing adhesion of the metal to the rotary tool by supplying hydrocarbon alcohol to the joint at the insertion site of the rotary tool to form a metal carbide.

上記目的を達成するための請求項１６の本発明の摩擦撹拌接合装置は、
金属同士の接合部に挿入される回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置において、
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の回転ツールを備え、
炭化金属を形成して金属の回転ツールへの凝着を阻止するため、金属同士の接合部に炭化水素系アルコールを供給するアルコール供給手段を設けた
ことを特徴とする。 In order to achieve the above object, a friction stir welding apparatus according to claim 16 of the present invention comprises:
In the friction stir welding apparatus equipped with a rotating tool inserted into the joint between metals,
A rotating tool according to any one of claims 1 to 10, comprising:
In order to prevent metal from adhering to a rotating tool by forming a metal carbide, an alcohol supply means for supplying a hydrocarbon-based alcohol is provided at the joint between the metals.

そして、請求項１７の本発明の摩擦撹拌接合方法は、
請求項１３もしくは請求項１５に記載の摩擦撹拌接合方法において、
炭化水素系アルコールは、エタノールもしくはメタノールもしくはプロパノールであることを特徴とする。 And the friction stir welding method of the present invention of claim 17 comprises:
In the friction stir welding method according to claim 13 or 15,
The hydrocarbon-based alcohol is ethanol, methanol, or propanol.

また、請求項１８の本発明の摩擦撹拌接合装置は、
請求項１４もしくは請求項１６に記載の摩擦撹拌接合装置において、
炭化水素系アルコールは、エタノールもしくはメタノールもしくはプロパノールであることを特徴とする。 Moreover, the friction stir welding apparatus of the present invention according to claim 18
The friction stir welding apparatus according to claim 14 or 16,
The hydrocarbon-based alcohol is ethanol, methanol, or propanol.

請求項１の本発明では、付着防止皮膜により接合材の金属成分の凝着が阻止され、長時間にわたり初期の状態が保たれ、安定した加工を継続することができる回転ツールとすることが可能になる。   According to the first aspect of the present invention, the adhesion of the metal component of the bonding material is prevented by the anti-adhesion film, the initial state can be maintained for a long time, and a rotary tool capable of continuing stable processing can be obtained. become.

請求項２の発明では、下地層により付着防止皮膜の割れが防止されると共に、密着性を向上させることができる。   In the invention of claim 2, cracking of the adhesion preventing film is prevented by the underlayer, and adhesion can be improved.

請求項３の発明では、不均一部位の付着防止皮膜により、回転ツールの表面に撹拌を促進する溝などを形成することなく十分な撹拌を得ることができる。   In the invention of claim 3, sufficient agitation can be obtained without forming a groove or the like for promoting agitation on the surface of the rotary tool by the adhesion preventing film at the non-uniform site.

請求項４の発明では、本体部と小径部とからなる回転ツールにより摩擦撹拌接合が行える。   In invention of Claim 4, friction stir welding can be performed with the rotary tool which consists of a main-body part and a small diameter part.

請求項５の発明では、本体部の端面部の付着防止皮膜により、接合材の表面に対するぬれ性が低くなり接合材の品質を向上させることができる。   In the invention of claim 5, due to the adhesion preventing film on the end face portion of the main body portion, the wettability with respect to the surface of the bonding material is lowered, and the quality of the bonding material can be improved.

請求項６の本発明では、小径部の不均一部位の付着防止皮膜により、接合部に挿入される小径部の表面に撹拌を促進する溝などを形成することなく十分な撹拌を得ることができる。   In the sixth aspect of the present invention, sufficient agitation can be obtained without forming a groove or the like for promoting agitation on the surface of the small-diameter portion inserted into the joint portion by the adhesion preventing film on the non-uniform portion of the small-diameter portion. .

請求項７の本発明では、ダイヤモンドライクカーボンにより接合材のアルミニウム成分の凝着が阻止され、長時間にわたり初期の状態が保たれ、安定した加工を継続することができる。   In the present invention of claim 7, the adhesion of the aluminum component of the bonding material is prevented by diamond-like carbon, the initial state is maintained for a long time, and stable processing can be continued.

請求項８の本発明では、少なくとも、TiN,CrN,TiC,SiC,TiAlN,AlCrSiNのいずれかの付着阻止皮膜としたので、耐磨耗性を向上させることができる。   In the present invention according to claim 8, since it is at least one of TiN, CrN, TiC, SiC, TiAlN, and AlCrSiN, the wear resistance can be improved.

請求項９の本発明では、少なくとも、TiN,CrN,TiC,SiC,TiAlN,AlCrSiNのいずれかの下地層としたので、耐磨耗性を向上させることができる。   According to the ninth aspect of the present invention, since the underlayer is at least one of TiN, CrN, TiC, SiC, TiAlN, and AlCrSiN, the wear resistance can be improved.

請求項１０の本発明では、
基材として、工具鋼、コバルト基合金、ニッケル基合金、高速度鋼、タングステン、超硬、モリブデン合金、普通鋼、ステンレス、銅合金のいずれかを適用することができる。 In the present invention of claim 10,
As the base material, any of tool steel, cobalt base alloy, nickel base alloy, high speed steel, tungsten, cemented carbide, molybdenum alloy, ordinary steel, stainless steel, and copper alloy can be applied.

請求項１１の本発明では、付着防止皮膜により接合材の金属成分の凝着が阻止され、長時間にわたり初期の状態が保たれ、安定した加工を継続することができる回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置とすることができる。したがって、長時間使用しても接合材の金属成分が凝着することがない回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置となる。   In the present invention of claim 11, the friction stirrer provided with the rotary tool that prevents the adhesion of the metal component of the bonding material by the adhesion preventing film, maintains the initial state for a long time, and can continue the stable processing. It can be set as a joining apparatus. Therefore, it becomes a friction stir welding apparatus provided with the rotary tool in which the metal component of the bonding material does not adhere even when used for a long time.

請求項１２の本発明では、付着防止皮膜により接合材の金属成分の凝着が阻止され、長時間にわたり初期の状態が保たれ、安定した加工を継続することができる回転ツールによる摩擦撹拌接が行える。したがって、長時間使用しても接合材の金属成分が回転ツールに凝着することがない摩擦撹拌接合方法とすることができる。   In the present invention of claim 12, the adhesion of the metal component of the bonding material is prevented by the adhesion preventing film, the initial state is maintained for a long time, and the friction stir welding by the rotating tool capable of continuing stable processing is performed. Yes. Therefore, a friction stir welding method in which the metal component of the bonding material does not adhere to the rotary tool even when used for a long time can be obtained.

請求項１３の本発明の摩擦撹拌接合方法では、炭化水素系アルコールを供給して炭化金属を形成し、炭化金属により金属の新生面を覆い、溶融金属の回転ツールへの凝着を阻止することができる。したがって、長時間使用しても接合材の金属成分が回転ツールに凝着することがない摩擦撹拌接合方法とすることができる。   In the friction stir welding method of the present invention according to claim 13, a hydrocarbon alcohol is supplied to form a metal carbide, the new metal surface is covered with the metal carbide, and adhesion of the molten metal to the rotating tool is prevented. it can. Therefore, a friction stir welding method in which the metal component of the bonding material does not adhere to the rotary tool even when used for a long time can be obtained.

請求項１４の本発明の摩擦撹拌接合装置では、アルコール供給手段により炭化水素系アルコールを供給することにより炭化金属が形成され、炭化金属により金属の新生面が覆われるので、溶融金属の回転ツールへの凝着を阻止することができる。したがって、長時間使用しても接合材の金属成分が凝着することがない回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置となる。   In the friction stir welding apparatus according to the fourteenth aspect of the present invention, a hydrocarbon-based alcohol is formed by supplying a hydrocarbon-based alcohol by an alcohol supply means, and a new surface of the metal is covered with the metal carbide. Adhesion can be prevented. Therefore, it becomes a friction stir welding apparatus provided with the rotary tool in which the metal component of the bonding material does not adhere even when used for a long time.

請求項１５の本発明の摩擦撹拌接合方法では、付着防止皮膜により接合材の金属成分の凝着が阻止され、長時間にわたり初期の状態が保たれ、安定した加工を継続することができる回転ツールによる摩擦撹拌接が行えると共に、炭化水素系アルコールを供給して炭化金属を形成し、炭化金属により金属の新生面を覆い、溶融金属の回転ツールへの凝着を阻止することができる。したがって、長時間使用しても接合材の金属成分が回転ツールに凝着することがない摩擦撹拌接合方法とすることができる。   In the friction stir welding method according to the present invention of claim 15, the adhesion of the metal component of the bonding material is prevented by the adhesion preventing film, the initial state is maintained for a long time, and stable machining can be continued. In addition, friction stir welding can be performed, and a hydrocarbon-based alcohol can be supplied to form a metal carbide. The metal carbide can cover the new surface of the metal and prevent adhesion of the molten metal to the rotating tool. Therefore, a friction stir welding method in which the metal component of the bonding material does not adhere to the rotary tool even when used for a long time can be obtained.

請求項１６の本発明の摩擦撹拌接合装置では、付着防止皮膜により接合材の金属成分の凝着が阻止され、長時間にわたり初期の状態が保たれ、安定した加工を継続することができる回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置とすることができる共に、アルコール供給手段により炭化水素系アルコールを供給することにより炭化金属が形成され、炭化金属により金属の新生面が覆われるので、溶融金属の回転ツールへの凝着を阻止することができる。したがって、長時間使用しても接合材の金属成分が凝着することがない回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置となる。   In the friction stir welding apparatus according to the present invention of claim 16, the adhesion of the metal component of the bonding material is prevented by the adhesion preventing film, the initial state is maintained for a long time, and stable machining can be continued. In addition, the metal carbide is formed by supplying the hydrocarbon-based alcohol by the alcohol supply means, and the new metal surface is covered by the metal carbide. Can be prevented. Therefore, it becomes a friction stir welding apparatus provided with the rotary tool in which the metal component of the bonding material does not adhere even when used for a long time.

以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

図１には本発明の一実施形態例に係る回転ツールの断面、図２には回転ツールによる撹拌接合状態の説明、図３には図１に示した回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置の概略構成、図４には回転ツールの要部断面、図５、図６には付着防止皮膜の形成状況の説明、図７には摩擦撹拌接合の工程説明、図８には付着防止皮膜を形成する手段の概略構成を示してある。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a rotary tool according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an illustration of a stir welding state using the rotary tool, and FIG. 3 is a diagram of a friction stir welding apparatus equipped with the rotary tool shown in FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the rotary tool, FIG. 5 and FIG. 6 explain the formation state of the adhesion preventing film, FIG. 7 explains the friction stir welding process, and FIG. 8 forms the adhesion preventing film. The schematic structure of the means to perform is shown.

図１、図２に示すように、例えば、車両の外板となるアルミニウム合金の板材１、２が突き合わされて配置され、突合せの接合部３には回転ツール４の小径部５が挿入される。回転ツール４を所定の回転速度で回転させながら接合部３に沿って移動させることで、接合部３に沿って連続な摩擦撹拌領域６が形成されて板材１、２同士が歪接合される。   As shown in FIGS. 1 and 2, for example, aluminum alloy plate materials 1 and 2 which are outer plates of a vehicle are abutted and arranged, and a small diameter portion 5 of the rotary tool 4 is inserted into the butted joint 3. . By moving the rotary tool 4 along the joint 3 while rotating it at a predetermined rotational speed, a continuous friction stirring region 6 is formed along the joint 3 and the plate members 1 and 2 are strain-joined.

尚、板材１、２としては、アルミニウム合金の他にマグネシウムもしくは鉛を含む合金を適用することも可能である。   In addition, as the board | plate materials 1 and 2, it is also possible to apply the alloy containing magnesium or lead other than an aluminum alloy.

図３に基づいて摩擦撹拌接合装置の一例を説明する。   An example of the friction stir welding apparatus will be described with reference to FIG.

ベッド１１にはテーブル１２が設けられ、テーブル１２に板材１、２が固定されるようになっている。ベッド１１に対して門型のコラム１３が紙面に垂直な方向（Ｘ軸方向）に移動自在に支持され、コラム１３には加工ヘッド１４が左右方向（Ｙ軸方向）に移動自在に支持されている。   The bed 11 is provided with a table 12, and the plate materials 1 and 2 are fixed to the table 12. A gate-shaped column 13 is supported so as to be movable in a direction perpendicular to the paper surface (X-axis direction) with respect to the bed 11, and a processing head 14 is supported on the column 13 so as to be movable in the left-right direction (Y-axis direction). Yes.

加工ヘッド１４には回転駆動手段１５を介して回転ツール４が支持されている。コラム１３及び加工ヘッド１４の移動により、回転ツール４はテーブル１２と平行な平面内で任意の位置に移動される。   A rotating tool 4 is supported on the machining head 14 via a rotation driving means 15. By the movement of the column 13 and the processing head 14, the rotary tool 4 is moved to an arbitrary position in a plane parallel to the table 12.

テーブル１２が昇降自在、もしくは、回転駆動手段１５が昇降自在に支持され、回転ツール４はテーブル１２（板材１、２）に対して相対的に上下方向（Ｚ軸方向）に位置決めされる。   The table 12 can be moved up and down, or the rotation driving means 15 is supported up and down, and the rotary tool 4 is positioned in the vertical direction (Z-axis direction) relative to the table 12 (plate materials 1 and 2).

図に示した摩擦撹拌接合装置は一例であり、回転ツール４側を固定状態にして、テーブル１２をＸＹ平面内の任意の位置に移動自在とする構成としてもよい。   The friction stir welding apparatus shown in the figure is an example, and the rotary tool 4 side may be fixed and the table 12 may be movable to any position in the XY plane.

図３に示した摩擦撹拌接合装置に板材１、２を固定し、回転駆動手段１５により回転ツール４を所定の回転速度で回転させる。コラム１３及び加工ヘッド１４の移動により、回転ツール４を接合部３に沿って移動させる。これにより、接合部３に沿って連続な摩擦撹拌領域６（図２参照）が形成されて板材１、２同士が歪接合される。   The plate materials 1 and 2 are fixed to the friction stir welding apparatus shown in FIG. 3, and the rotary tool 4 is rotated at a predetermined rotation speed by the rotation driving means 15. The rotary tool 4 is moved along the joint 3 by the movement of the column 13 and the processing head 14. Thereby, the continuous friction stirring area | region 6 (refer FIG. 2) is formed along the junction part 3, and the board | plate materials 1 and 2 are distortion-joined.

図１に示すように、回転ツール４には、円柱状の本体部２１が設けられると共に本体部２１の軸芯部にはねじ軸２２が螺合している。本体部２１の先端部から突出するねじ軸２２の部位が小径部５とされ、小径部５が接合部３に挿入される。   As shown in FIG. 1, the rotary tool 4 is provided with a columnar main body 21, and a screw shaft 22 is screwed into an axial core portion of the main body 21. The portion of the screw shaft 22 protruding from the tip of the main body 21 is the small diameter portion 5, and the small diameter portion 5 is inserted into the joint portion 3.

この状態で、本体部２１と小径部５との間の段差部である本体部２１の端面２３が接合部３の表面３aに摺接する。ねじ軸２２の先端部（小径部５の先端部）には円盤状のボビン２４が螺合し、本体部２１とボビン２４とで接合部３の板材１、２が挟持される。この状態で、本体部２１、ねじ軸２２及びボビン２４が一体に回転する。   In this state, the end surface 23 of the main body 21 that is a stepped portion between the main body 21 and the small diameter portion 5 is in sliding contact with the surface 3 a of the joint portion 3. A disc-shaped bobbin 24 is screwed to the tip end portion of the screw shaft 22 (tip end portion of the small diameter portion 5), and the plate members 1 and 2 of the joint portion 3 are sandwiched between the main body portion 21 and the bobbin 24. In this state, the main body 21, the screw shaft 22, and the bobbin 24 rotate together.

回転ツール４の基材（本体部２１、ねじ軸２２及びボビン２４）としては、少なくとも、工具鋼、コバルト基合金、ニッケル基合金、高速度鋼、タングステン、超硬、モリブデン合金、普通鋼、ステンレス、銅合金のいずれかで構成されている。これらの金属の合金で構成することも可能である。   As the base material (main body 21, screw shaft 22, and bobbin 24) of the rotary tool 4, at least tool steel, cobalt base alloy, nickel base alloy, high speed steel, tungsten, cemented carbide, molybdenum alloy, ordinary steel, stainless steel It is composed of any one of copper alloys. It is also possible to configure with an alloy of these metals.

図４に示すように、回転ツール４の板材１、２に接触する部位（本体部２１の端面２３、ねじ軸２２及びボビン２４の上面）の表面には、板材１、２の金属（接合材金属：アルミニウム）の付着を防止する付着阻止皮膜が形成されている。   As shown in FIG. 4, the metal (bonding material) of the plate materials 1 and 2 is formed on the surface of the portion (the end surface 23 of the main body 21, the upper surface of the screw shaft 22 and the bobbin 24) that contacts the plate materials 1 and 2 of the rotary tool 4. An adhesion prevention film for preventing adhesion of (metal: aluminum) is formed.

即ち、本体部２１の端面２３、ねじ軸２２及びボビン２４の上面には、下地層２６が形成され、下地層２６の表面に付着阻止皮膜としてダイヤモンドライクカーボン２５が形成されている。下地層２６は、少なくとも、TiN,CrN,TiC,SiC,TiAlN,AlCrSiNのいずれかで構成されている。   That is, a base layer 26 is formed on the end surface 23 of the main body 21, the screw shaft 22, and the upper surface of the bobbin 24, and a diamond-like carbon 25 is formed on the surface of the base layer 26 as an adhesion prevention film. The underlayer 26 is composed of at least one of TiN, CrN, TiC, SiC, TiAlN, and AlCrSiN.

図４に示すように、TiN,CrN,TiC,SiC,TiAlN,AlCrSiNのいずれかの下地層２６の上にダイヤモンドライクカーボン２５を形成したことにより、硬い下地の上にダイヤモンドライクカーボン２５の表層が形成された状態になり、ダイヤモンドライクカーボン２５に割れなどが生じることがない。また、温度伸びに対して有利になり、ダイヤモンドライクカーボン２５の密着性を向上させることができる。更に、付着阻止皮膜としてみた場合、傾斜組成状態の構造となり、耐ぬれ性、低摩擦性、耐磨耗性を持たせることができる。   As shown in FIG. 4, the diamond-like carbon 25 is formed on the base layer 26 of any one of TiN, CrN, TiC, SiC, TiAlN, and AlCrSiN, so that the surface layer of the diamond-like carbon 25 is formed on the hard base. As a result, the diamond-like carbon 25 is not cracked. Moreover, it becomes advantageous with respect to temperature elongation, and the adhesiveness of the diamond-like carbon 25 can be improved. Furthermore, when viewed as an adhesion prevention film, it has a gradient composition structure and can have wet resistance, low friction and wear resistance.

尚、回転ツール４の基材の硬度が十分であれば、下地層２６を形成せずに、基材に直接ダイヤモンドライクカーボン２５を形成することも可能である。   If the hardness of the base material of the rotary tool 4 is sufficient, the diamond-like carbon 25 can be formed directly on the base material without forming the base layer 26.

付着阻止皮膜としてダイヤモンドライクカーボン２５を回転ツール４の表面に形成したことにより、アルミニウムとのぬれ性がなくなり、回転ツール４の表面にアルミニウムが凝着することがなくなる。特に、本体部２１の端面２３と小径部５の境目（ショルダー部）及び小径部５とボビン２４の境目にアルミニウムが凝着することがなくなる。   Since the diamond-like carbon 25 is formed on the surface of the rotary tool 4 as an adhesion prevention film, the wettability with aluminum is lost, and the aluminum does not adhere to the surface of the rotary tool 4. In particular, aluminum does not adhere to the boundary (shoulder portion) between the end surface 23 of the main body 21 and the small diameter portion 5 and the boundary between the small diameter portion 5 and the bobbin 24.

また、下地層２６及びダイヤモンドライクカーボン２５は本体部２１に螺合する部位のねじ部２２にも形成されているので、アルミニウムが螺合部に入り込むことがなくなる。   In addition, since the base layer 26 and the diamond-like carbon 25 are also formed on the threaded portion 22 where the body portion 21 is threaded, aluminum does not enter the threaded portion.

また、低磨耗性の向上、超寿命化が図れ、長時間にわたり初期の状態が保たれ、安定した加工を継続することができる。つまり、凝着金属の酸洗い等が不要になり、回転ツール４の交換や段取り替え等の作用が不要になる。 Further, low wear can be improved and the life can be extended, the initial state can be maintained for a long time, and stable machining can be continued. In other words, pickling of the adhesion metal is not necessary, and operations such as replacement of the rotary tool 4 and setup change are unnecessary.

尚、付着阻止皮膜として、少なくとも、TiN,CrN,TiC,SiC,TiAlN,AlCrSiNのいずれかを適用することも可能である。   Note that at least one of TiN, CrN, TiC, SiC, TiAlN, and AlCrSiN can be applied as the adhesion preventing film.

また、図４に示すように、ダイヤモンドライクカーボン２５は、（1）本体部２１の端面２３と小径部５の境目（ショルダー部）、（2）小径部５とボビン２４の境目、（3）小径部５（ねじ部２２）の部位に形成されている。少なくとも、アルミニウムが凝着しやすい（1）本体部２１の端面２３と小径部５の境目（ショルダー部）及び/または、（2）小径部５とボビン２４の境目にダイヤモンドライクカーボン２５を形成することも可能である。   As shown in FIG. 4, the diamond-like carbon 25 includes (1) a boundary between the end surface 23 of the main body 21 and the small diameter portion 5 (shoulder portion), (2) a boundary between the small diameter portion 5 and the bobbin 24, and (3) It is formed in the site | part of the small diameter part 5 (screw part 22). At least aluminum is likely to adhere (1) the end face 23 of the main body portion 21 and the boundary (shoulder portion) between the small diameter portion 5 and / or (2) the diamond-like carbon 25 is formed at the boundary between the small diameter portion 5 and the bobbin 24. It is also possible.

また、図５に示すように、小径部５の表面の不均一部位として螺旋状にダイヤモンドライクカーボン２５を形成することも可能である。このようにすることで、小径部３に撹拌効果をもたせるためのねじ部を形成することなく、摩擦係数の異なる表面を形成することができる。したがって、小径部の加工を容易にすることができる。   Further, as shown in FIG. 5, it is possible to form diamond-like carbon 25 in a spiral shape as a non-uniform portion on the surface of the small diameter portion 5. By doing in this way, the surface from which a friction coefficient differs can be formed, without forming the screw part for giving the stirring effect to the small diameter part 3. FIG. Therefore, processing of the small diameter portion can be facilitated.

小径部５の表面の不均一部位としては、図７に示すように、矩形のダイヤモンドライクカーボン２５を千鳥状に配置して、摩擦係数の異なる表面を形成し、撹拌効果を持たせるようにすることも可能である。   As a non-uniform portion of the surface of the small-diameter portion 5, as shown in FIG. 7, rectangular diamond-like carbons 25 are arranged in a staggered manner to form surfaces with different friction coefficients so as to have a stirring effect. It is also possible.

図７(a)に示すように、板材１、２を所定の隙間tに設定し、図７(b)に示すように、回転ツール４を回転させながら移動させて接合部３に沿って連続な摩擦撹拌領域６を形成する。ダイヤモンドライクカーボン２５が形成されている本体部２１の端面２３が板材１、２の表面に低摩擦状態で摺接し、図７(c)に示すように、板材１、２の表面２７が平坦状態に仕上げられる。   As shown in FIG. 7 (a), the plates 1 and 2 are set to a predetermined gap t, and as shown in FIG. 7 (b), the rotary tool 4 is moved while being rotated and continuously along the joint portion 3. The friction stir zone 6 is formed. The end surface 23 of the main body 21 on which the diamond-like carbon 25 is formed is in sliding contact with the surfaces of the plates 1 and 2 in a low friction state, and the surfaces 27 of the plates 1 and 2 are flat as shown in FIG. Finished.

このため、本実施形態例の回転ツール４を用いて摩擦撹拌接合を行うことで、表面後処理等を簡素化しても、品質を向上させることができる製品とすることが可能になる。   For this reason, by performing friction stir welding using the rotary tool 4 of the present embodiment example, it is possible to obtain a product capable of improving quality even if the surface post-treatment is simplified.

また、回転ツール４の表面にダイヤモンドライクカーボン２５が形成されているため、板材１、２の隙間tを最小限に設定することができ、板材１、２の突合せ部位に厚肉部を設けることなく接合された部位の厚さｈを所望の強度を維持する状態に確保することができる。   Further, since the diamond-like carbon 25 is formed on the surface of the rotary tool 4, the gap t between the plate materials 1 and 2 can be set to a minimum, and a thick portion is provided at the butt portion of the plate materials 1 and 2. The thickness h of the joined portion can be ensured in a state in which a desired strength is maintained.

図８に基づいてダイヤモンドライクカーボン２５を形成する手段を説明する。   A means for forming the diamond-like carbon 25 will be described with reference to FIG.

図８(a)(b)はプラズマを用いた成膜によりダイヤモンドライクカーボン２５を形成する手段の概略を示し、図８(c)はアセチレンガスの火炎を用いてダイヤモンドライクカーボン２５を形成する手段の概略を示し、図８(d)は真空蒸着によりダイヤモンドライクカーボン２５を形成する手段の概略を示してある。   8 (a) and 8 (b) schematically show means for forming diamond-like carbon 25 by film formation using plasma, and FIG. 8 (c) shows means for forming diamond-like carbon 25 using an acetylene gas flame. FIG. 8 (d) shows an outline of means for forming the diamond-like carbon 25 by vacuum deposition.

図８(a)に示すように、真空容器３１には支持台３２が設けられ、支持台３２に回転ツール４（本体部２１、ねじ軸２２及びボビン２４が一体もしくは別体）の基材３０が支持される。真空容器３１の周囲にはプラズマアンテナ３３が設けられ、プラズマアンテナ３３には電源３４から電力が供給される。   As shown in FIG. 8A, the vacuum vessel 31 is provided with a support base 32, and the base 30 of the rotary tool 4 (the main body portion 21, the screw shaft 22 and the bobbin 24 are integrated or separated from the support base 32). Is supported. A plasma antenna 33 is provided around the vacuum vessel 31, and power is supplied to the plasma antenna 33 from a power supply 34.

例えば、炭水化物系の原料ガスが供給され、プラズマアンテナ３３に給電を行うことで原料ガスプラズマ３５が発生し、真空容器３１を所定の状態（圧力、温度等）に制御して炭化物系の膜を回転ツール４の表面に成長させてダイヤモンドライクカーボン２５を形成する。   For example, when a carbohydrate-based source gas is supplied and power is supplied to the plasma antenna 33, a source gas plasma 35 is generated, and the vacuum vessel 31 is controlled to a predetermined state (pressure, temperature, etc.) to form a carbide-based film. The diamond-like carbon 25 is formed by growing on the surface of the rotary tool 4.

図８(b)に示すように、真空容器３１には支持台３２が設けられ、支持台３２に回転ツール４（本体部２１、ねじ軸２２及びボビン２４が一体もしくは別体）の基材３０が支持される。真空容器３１の天井部には炭素材料の被エッチング部材３６が設けられると共に、真空容器３１の周囲にはプラズマアンテナ３３が設けられ、プラズマアンテナ３３には電源３４から電力が供給される。   As shown in FIG. 8B, the vacuum vessel 31 is provided with a support base 32, and the base 30 of the rotary tool 4 (the main body portion 21, the screw shaft 22 and the bobbin 24 are integrated or separated from the support base 32). Is supported. A member to be etched 36 made of a carbon material is provided on the ceiling of the vacuum vessel 31, and a plasma antenna 33 is provided around the vacuum vessel 31, and power is supplied to the plasma antenna 33 from a power supply 34.

エッチングガスが供給され、プラズマアンテナ３３に給電を行うことでエッチングガスガスプラズマ３７が発生し、被エッチング部材３６がエッチングされる。エッチングガス成分と炭素成分との前駆体が形成され、真空容器３１を所定の状態（圧力、温度等）に制御することで炭化物系の膜を回転ツール４の表面に成長させてダイヤモンドライクカーボン２５を形成する。   An etching gas is supplied and power is supplied to the plasma antenna 33, whereby an etching gas gas plasma 37 is generated and the member to be etched 36 is etched. A precursor of an etching gas component and a carbon component is formed, and a carbide-based film is grown on the surface of the rotary tool 4 by controlling the vacuum vessel 31 to a predetermined state (pressure, temperature, etc.), and diamond-like carbon 25 Form.

プラズマを用いて成膜によりダイヤモンドライクカーボン２５を形成することで、短時間に均一のダイヤモンドライクカーボン２５の膜を形成することができる。   By forming the diamond-like carbon 25 by film formation using plasma, a uniform diamond-like carbon 25 film can be formed in a short time.

図８(c)に示すように、アセチレンガスの火炎４０を発生させ、火炎４０の還元炎４１の部位に基材３０を配する。これにより、基材３０の表面にダイヤモンドライクカーボン２５を形成する。したがって、極めて容易にダイヤモンドライクカーボン２５の膜を形成することができる。   As shown in FIG. 8 (c), an acetylene gas flame 40 is generated, and the base material 30 is disposed at the site of the reducing flame 41 of the flame 40. Thereby, the diamond-like carbon 25 is formed on the surface of the substrate 30. Therefore, the diamond-like carbon 25 film can be formed very easily.

図８(d)に示すように、真空蒸着容器４３には炭水化物系の原料４４が備えられ、原料４４はヒータ等の加熱源４５により加熱される。加熱された原料４４は蒸発して基材３３に蒸着し、基材３０の表面にダイヤモンドライクカーボン２５を形成する。したがって、簡単な装置構成により容易にダイヤモンドライクカーボン２５の膜を形成することができる。   As shown in FIG. 8D, the vacuum evaporation container 43 is provided with a carbohydrate-based raw material 44, and the raw material 44 is heated by a heating source 45 such as a heater. The heated raw material 44 is evaporated and deposited on the base material 33 to form diamond-like carbon 25 on the surface of the base material 30. Therefore, the diamond-like carbon 25 film can be easily formed with a simple apparatus configuration.

ダイヤモンドライクカーボンを切削工具にコーティングする技術は従来から知られているが、回転ツール４は塑性流動、混合を発生させるための工具であり、切削とは加工のメカニズムが全く異なるものである。このため、コーティングの目的も回転ツール４では主にアルミニウムの凝着防止であるが、従来の切削工具は耐摩耗性の向上である。   A technique for coating a cutting tool with diamond-like carbon has been conventionally known, but the rotary tool 4 is a tool for generating plastic flow and mixing, and has a completely different processing mechanism from cutting. For this reason, the purpose of coating is mainly to prevent aluminum adhesion in the rotary tool 4, but the conventional cutting tool has improved wear resistance.

本発明の他の実施形態例を説明する。図９には本発明の他の実施形態例に係る摩擦撹拌接合装置の概略構成、図１０にはエタノール供給手段を表す回転ツールの外観を示してある。摩擦撹拌接合の原理及び適用する装置、回転ツールは、図１乃至図３で示した実施例と略同一であるので、同一部材には同一符号を付してある。   Another embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 shows a schematic configuration of a friction stir welding apparatus according to another embodiment of the present invention, and FIG. 10 shows an external appearance of a rotary tool representing an ethanol supply means. Since the principle of friction stir welding, the apparatus to be applied, and the rotating tool are substantially the same as those in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the same members are denoted by the same reference numerals.

本実施形態例は、金属同士（アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金もしくは鉛合金）の接合部が回転ツールの挿入により接合される摩擦撹拌接合において、回転ツールの挿入箇所における接合部に炭化水素系アルコール（エタノール）を供給して炭化アルミニウムを形成することでアルミニウムの回転ツールへの凝着を阻止しながら金属同士の接合部を接合させるようにしたものである。   In this embodiment, in a friction stir welding in which joints between metals (aluminum alloy, magnesium alloy, or lead alloy) are joined by inserting a rotary tool, a hydrocarbon alcohol (ethanol) is added to the joint at the place where the rotary tool is inserted. ) To form aluminum carbide, thereby joining the metal-to-metal joints while preventing the aluminum from adhering to the rotating tool.

尚、炭化水素系アルコールとしては、エタノールの他に、メタノールもしくはプロパノールを適用することも可能である。   As the hydrocarbon alcohol, methanol or propanol can be applied in addition to ethanol.

本実施形態例で使用する回転ツール４には、下地層２６（図４参照）及びダイヤモンドライクカーボン２５（図４参照）は形成されていない。尚、図１乃至図４に示した回転ツール４（下地層２６及びダイヤモンドカーボン２５が形成されたもの）をそのまま適用することも可能である。   In the rotary tool 4 used in this embodiment, the base layer 26 (see FIG. 4) and the diamond-like carbon 25 (see FIG. 4) are not formed. It should be noted that the rotary tool 4 shown in FIGS. 1 to 4 (on which the base layer 26 and the diamond carbon 25 are formed) can be applied as it is.

図９に基づいて本実施形態例の摩擦撹拌装置を説明する。図９には本発明の他の実施形態例に係る摩擦撹拌接合装置の概略構成を示してある。   A friction stirrer according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a schematic configuration of a friction stir welding apparatus according to another embodiment of the present invention.

ベッド１１にはテーブル１２が設けられ、テーブル１２に板材１、２が固定されるようになっている。ベッド１１に対して門型のコラム１３が紙面に垂直な方向（Ｘ軸方向）に移動自在に支持され、コラム１３には加工ヘッド１４が左右方向（Ｙ軸方向）に移動自在に支持されている。   The bed 11 is provided with a table 12, and the plate materials 1 and 2 are fixed to the table 12. A gate-shaped column 13 is supported so as to be movable in a direction perpendicular to the paper surface (X-axis direction) with respect to the bed 11, and a processing head 14 is supported on the column 13 so as to be movable in the left-right direction (Y-axis direction). Yes.

加工ヘッド１４には回転駆動手段１５を介して回転ツール４が支持されている。コラム１３及び加工ヘッド１４の移動により、回転ツール４はテーブル１２と平行な平面内で任意の位置に移動される。   A rotating tool 4 is supported on the machining head 14 via a rotation driving means 15. By the movement of the column 13 and the processing head 14, the rotary tool 4 is moved to an arbitrary position in a plane parallel to the table 12.

テーブル１２が昇降自在、もしくは、回転駆動手段１５が昇降自在に支持され、回転ツール４はテーブル１２（板材１、２）に対して相対的に上下方向（Ｚ軸方向）に位置決めされる。   The table 12 can be moved up and down, or the rotation driving means 15 is supported up and down, and the rotary tool 4 is positioned in the vertical direction (Z-axis direction) relative to the table 12 (plate materials 1 and 2).

図に示した摩擦撹拌接合装置は一例であり、回転ツール４側を固定状態にして、テーブル１２をＸＹ平面内の任意の位置に移動自在とする構成としてもよい。   The friction stir welding apparatus shown in the figure is an example, and the rotary tool 4 side may be fixed and the table 12 may be movable to any position in the XY plane.

回転駆動手段１５にはアルコール供給手段としてのエタノール供給手段５１が設けられ、エタノール供給手段５１には接合部にエタノールを供給するノズル５２が連結されている。   The rotation driving means 15 is provided with an ethanol supply means 51 as an alcohol supply means. The ethanol supply means 51 is connected to a nozzle 52 for supplying ethanol to the joint.

尚、図１０に示すように、回転ツール４（本体部２１、ねじ軸２２及びボビン２４）にエタノールの流路５３を設け、流路５３をエタノール供給手段５１に連通することも可能である。このとき、流路５３の流出口は、図４に示した（1）（2）（3）の位置にすると好適である。   As shown in FIG. 10, it is also possible to provide an ethanol flow path 53 in the rotary tool 4 (main body portion 21, screw shaft 22 and bobbin 24), and to connect the flow path 53 to the ethanol supply means 51. At this time, it is preferable that the outlet of the flow channel 53 is located at the positions (1), (2), and (3) shown in FIG.

図９に示した摩擦撹拌接合装置に板材１、２を固定し、回転駆動手段１５により回転ツール４を所定の回転速度で回転させる。コラム１３及び加工ヘッド１４の移動により、回転ツール４を接合部３に沿って移動させる。加工中はノズル５２から接合部位にエタノールを供給する。これにより、接合部３に沿って連続な摩擦撹拌領域６（図２参照）が形成されて板材１、２同士が歪接合される。   The plate materials 1 and 2 are fixed to the friction stir welding apparatus shown in FIG. 9, and the rotary tool 4 is rotated at a predetermined rotational speed by the rotation driving means 15. The rotary tool 4 is moved along the joint 3 by the movement of the column 13 and the processing head 14. During processing, ethanol is supplied from the nozzle 52 to the joining portion. Thereby, the continuous friction stirring area | region 6 (refer FIG. 2) is formed along the junction part 3, and the board | plate materials 1 and 2 are distortion-joined.

エタノールを供給することにより、以下に示した作用が生じる。   By supplying ethanol, the following effects occur.

即ち、アルミニウム材料を回転ツール４で摩擦すると、アルミニウム材の表層が削り取られてアルミニウムの新生面が形成されて現れる。アルミニウムの新生面は未だ酸化されていない化学的に活性な面であり、その部分にエタノールがあるとエタノールは分解して炭素原子が結合して炭化アルミニウムが形成される（下式参照）。
4Al+2C2H5OH→Al4C3+CH4↑+2H2O↑+2H2
CH4及びH2Oは蒸発してAl4C3が残る。 That is, when the aluminum material is rubbed with the rotary tool 4, the surface layer of the aluminum material is scraped off to form a new aluminum surface. The newly formed surface of aluminum is a chemically active surface that has not yet been oxidized, and if ethanol is present in that portion, ethanol decomposes and carbon atoms are bonded to form aluminum carbide (see the following formula).
4Al + 2C 2 H 5 OH → Al 4 C 3 + CH 4 ↑ + 2H 2 O ↑ + 2H 2
CH 4 and H 2 O evaporate, leaving Al 4 C 3 .

炭化アルミニウムは微粉体でありアルミニウムの新生面を覆う。新生面が炭化アルミニウムで覆われたことによりアルミニウム溶融液が回転ツール４の表面に接触することがなくなる。これにより、回転ツール４の表面へのアルミニウムの凝着が防止され、または、軽減され、摩擦係数が軽減される。   Aluminum carbide is a fine powder and covers the new surface of aluminum. Since the new surface is covered with aluminum carbide, the aluminum melt does not come into contact with the surface of the rotary tool 4. Thereby, adhesion of aluminum to the surface of the rotary tool 4 is prevented or reduced, and the coefficient of friction is reduced.

炭化アルミニウムの一部は接合部に巻き込まれて混合されるため、接合部分の金属組織はアルミニウム材と炭化アルミニウムの混合組織となる。この混合組織の材料強度はアルミニウム材料自身の強度よりも向上する。   Since a part of the aluminum carbide is caught and mixed in the joint portion, the metal structure of the joint portion is a mixed structure of the aluminum material and aluminum carbide. The material strength of this mixed structure is higher than the strength of the aluminum material itself.

エタノールの供給を主として本体部２１の端面２３と板材１、２の表面の間に限れば、摩擦撹拌領域６の表層の炭化アルミニウムの濃度を高くすることが可能になる。したがって、この部分の表層部の強度が高くなるので、摩擦撹拌接合で発生する接合部分の減肉による強度低下が防止される。   If the ethanol supply is mainly limited between the end face 23 of the main body 21 and the surfaces of the plates 1 and 2, the concentration of aluminum carbide on the surface layer of the friction stir zone 6 can be increased. Therefore, since the strength of the surface layer portion of this portion is increased, the strength reduction due to the thinning of the joint portion occurring in the friction stir welding is prevented.

エタノールを供給しながら摩擦撹拌接合を行うことで、回転ツール４に凝着防止用のコーティングなどを施すことなく、アルミニウムの凝着を抑制することが可能となる。   By performing friction stir welding while supplying ethanol, adhesion of aluminum can be suppressed without applying a coating for preventing adhesion to the rotary tool 4.

本発明の回転ツールは、長時間使用しても接合材の金属成分が凝着することがない回転ツールとなる。
また、本発明の摩擦撹拌接合装置は、長時間使用しても接合材の金属成分が凝着することがない回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置となる。
また、本発明の摩擦撹拌接合方法は、長時間使用しても接合材の金属成分が回転ツールに凝着することがない摩擦撹拌接合方法となる。 The rotary tool of the present invention is a rotary tool in which the metal component of the bonding material does not adhere even when used for a long time.
In addition, the friction stir welding apparatus of the present invention is a friction stir welding apparatus provided with a rotating tool that does not adhere to the metal component of the bonding material even when used for a long time.
Further, the friction stir welding method of the present invention is a friction stir welding method in which the metal component of the bonding material does not adhere to the rotating tool even when used for a long time.

図１には、図２には、図３には、図４には、図５、図６には、図７には、図８にはを示してある。
本発明の一実施形態例に係る回転ツールの断面図である。 回転ツールによる撹拌接合状態の説明図である。 図１に示した回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置の概略構成図である。 回転ツールの要部断面図である。 付着防止皮膜の形成状況の説明図である。 付着防止皮膜の形成状況の説明図である。 摩擦撹拌接合の工程説明図である。 付着防止皮膜を形成する手段の概略構成図である。 本発明の他の実施形態例に係る摩擦撹拌接合装置の概略構成図である。 エタノール供給手段を表す回転ツールの外観図である。 1, FIG. 3, FIG. 4, FIG. 5, FIG. 6, FIG. 7, and FIG.
It is sectional drawing of the rotary tool which concerns on the example of 1 embodiment of this invention. It is explanatory drawing of the stirring joining state by a rotation tool. It is a schematic block diagram of the friction stir welding apparatus provided with the rotary tool shown in FIG. It is principal part sectional drawing of a rotation tool. It is explanatory drawing of the formation condition of an adhesion prevention film. It is explanatory drawing of the formation condition of an adhesion prevention film. It is process explanatory drawing of friction stir welding. It is a schematic block diagram of the means to form an adhesion prevention film. It is a schematic block diagram of the friction stir welding apparatus which concerns on the other embodiment of this invention. It is an external view of the rotary tool showing an ethanol supply means.

符号の説明Explanation of symbols

１,２ 板材
３ 接合部
４ 回転ツール
５ 小径部
６ 摩擦撹拌領域
１１ ベッド
１２ テーブル
１３ コラム
１４ 加工ヘッド
１５ 回転駆動手段
２１ 本体部
２２ ねじ軸
２３ 端面
２４ ボビン
２５ ダイヤモンドライクカーボン
２６ 下地層
２７ 表面
３１ 真空容器
３２ 支持台
３３ 基材
３４ 電源
３５ 原料ガスプラズマ
３６ 被エッチング部材
３７ エッチングガスプラズマ
４１ 還元炎
４３ 真空蒸着容器
５１ エタノール供給手段
５２ ノズル
５３ 流路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Board | plate material 3 Joining part 4 Rotating tool 5 Small diameter part 6 Friction stirring area | region 11 Bed 12 Table 13 Column 14 Processing head 15 Rotation drive means 21 Main body part 22 Screw shaft 23 End surface 24 Bobbin 25 Diamond-like carbon 26 Underlayer 27 Surface 31 Vacuum vessel 32 Support base 33 Base material 34 Power source 35 Raw material gas plasma 36 Member to be etched 37 Etching gas plasma 41 Reduction flame 43 Vacuum deposition vessel 51 Ethanol supply means 52 Nozzle 53 Flow path

Claims (18)

金属同士の接合部を摩擦撹拌して一体化するための摩擦攪拌接合のための回転ツールであって、
金属に接触する部位の表面に接合材金属の付着を阻止する付着阻止皮膜を形成した
ことを特徴とする回転ツール。 A rotary tool for friction stir welding for friction stir to integrate the joints between metals,
A rotating tool characterized in that an adhesion prevention film for preventing adhesion of a bonding material metal is formed on the surface of a portion in contact with metal. 請求項１に記載の回転ツールにおいて、
表面に下地層を形成し、下地層の表面に付着阻止皮膜を形成した
ことを特徴とする回転ツール。 The rotating tool according to claim 1,
A rotating tool characterized in that an underlayer is formed on the surface and an adhesion prevention film is formed on the surface of the underlayer. 請求項１もしくは請求項２に記載の回転ツールにおいて、
付着皮膜は表面の不均一部位に形成されている
ことを特徴とする回転ツール。 The rotary tool according to claim 1 or 2,
A rotating tool characterized in that the adhesion film is formed on a non-uniform part of the surface. 請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の回転ツールにおいて、
円柱状の本体部が設けられると共に本体部の先端に小径部が設けられ、接合部に小径部が挿入され、本体部と小径部との間の段差部が接合部の表面に摺接する
ことを特徴とする回転ツール。 The rotary tool according to any one of claims 1 to 3,
A cylindrical main body part is provided, a small diameter part is provided at the tip of the main body part, a small diameter part is inserted into the joint part, and a step part between the main body part and the small diameter part is in sliding contact with the surface of the joint part. Features a rotating tool. 請求項４に記載の回転ツールにおいて、
少なくとも、小径部が設けられた本体部の端面に付着阻止皮膜を形成した
ことを特徴とする回転ツール。 The rotary tool according to claim 4,
A rotation tool characterized in that at least an adhesion prevention film is formed on an end face of a main body portion provided with a small diameter portion. 請求項４もしくは請求項５に記載の回転ツールにおいて、
小径部の表面の不均一部位に付着皮膜が形成されている
ことを特徴とする回転ツール。 The rotary tool according to claim 4 or 5,
A rotating tool characterized in that an adhesion film is formed on a non-uniform part of the surface of the small diameter part. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の回転ツールにおいて、
アルミニウムもしくはマグネシウムもしくは鉛を含む金属の接合に用いられ、
付着阻止皮膜はダイヤモンドライクカーボンである
ことを特徴とする回転ツール。 The rotary tool according to any one of claims 1 to 6,
Used for joining metals containing aluminum or magnesium or lead,
A rotating tool characterized in that the adhesion prevention film is diamond-like carbon. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の回転ツールにおいて、
アルミニウムもしくはマグネシウムもしくは鉛を含む金属の接合に用いられ、
付着阻止皮膜は、少なくとも、TiN,CrN,TiC,SiC,TiAlN,AlCrSiNのいずれかである
ことを特徴とする回転ツール。 The rotary tool according to any one of claims 1 to 6,
Used for joining metals containing aluminum or magnesium or lead,
The rotation tool characterized in that the adhesion preventing film is at least one of TiN, CrN, TiC, SiC, TiAlN, and AlCrSiN. 請求項２に記載の回転ツールにおいて、
下地層は、少なくとも、TiN,CrN,TiC,SiC,TiAlN,AlCrSiNのいずれかである
ことを特徴とする回転ツール。 The rotary tool according to claim 2,
A rotating tool characterized in that the underlayer is at least one of TiN, CrN, TiC, SiC, TiAlN, and AlCrSiN. 請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載の回転ツールにおいて、
基材は、少なくとも、工具鋼、コバルト基合金、ニッケル基合金、高速度鋼、タングステン、超硬、モリブデン合金、普通鋼、ステンレス、銅合金のいずれかである
ことを特徴とする回転ツール。 The rotary tool according to any one of claims 1 to 9,
A rotary tool characterized in that the base material is at least one of tool steel, cobalt base alloy, nickel base alloy, high speed steel, tungsten, carbide, molybdenum alloy, ordinary steel, stainless steel, and copper alloy. 金属同士の接合部に挿入される回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置において、
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の回転ツールを備えた
ことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 In the friction stir welding apparatus equipped with a rotating tool inserted into the joint between metals,
A friction stir welding apparatus comprising the rotary tool according to any one of claims 1 to 10. 金属同士の接合部が回転ツールの挿入により接合される摩擦撹拌接合方法において、
請求項５に記載の回転ツールを用い、
接合部における金属の表面に本体部の端面を摺接させて金属同士の接合部を接合させる
ことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method in which the joint between the metals is joined by inserting a rotary tool,
Using the rotary tool according to claim 5,
A friction stir welding method, characterized in that the end face of the main body is brought into sliding contact with the metal surface at the joint to join the joint between the metals. 金属同士の接合部が回転ツールの挿入により接合される摩擦撹拌接合方法において、
回転ツールの挿入箇所における接合部に炭化水素系アルコールを供給して炭化金属を形成することで金属の回転ツールへの凝着を阻止しながら金属同士の接合部を接合させる
ことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method in which the joint between the metals is joined by inserting a rotary tool,
Friction characterized by joining metal-to-metal joints while preventing adhesion of the metal to the rotary tool by supplying hydrocarbon alcohol to the joint at the insertion site of the rotary tool to form metal carbide Stir welding method. 金属同士の接合部に挿入される回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置において、
炭化金属を形成して金属の回転ツールへの凝着を阻止するため、金属同士の接合部に炭化水素系アルコールを供給するアルコール供給手段を設けた
ことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 In the friction stir welding apparatus with a rotating tool inserted into the joint between the metals,
A friction stir welding apparatus characterized by comprising an alcohol supply means for supplying a hydrocarbon-based alcohol to a joint between metals in order to prevent metal from adhering to a rotating tool by forming metal carbide. 金属同士の接合部が回転ツールの挿入により接合される摩擦撹拌接合方法において、
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の回転ツールを用い、
回転ツールの挿入箇所における接合部に炭化水素系アルコールを供給して炭化金属を形成することで金属の回転ツールへの凝着を阻止しながら金属同士の接合部を接合させる
ことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method in which the joint between the metals is joined by inserting a rotary tool,
Using the rotary tool according to any one of claims 1 to 10,
Friction characterized by joining metal-to-metal joints while preventing adhesion of the metal to the rotary tool by supplying hydrocarbon alcohol to the joint at the insertion site of the rotary tool to form metal carbide Stir welding method. 金属同士の接合部に挿入される回転ツールを備えた摩擦撹拌接合装置において、
請求項１乃至請求項１０のいずれか一項に記載の回転ツールを備え、
炭化金属を形成して金属の回転ツールへの凝着を阻止するため、金属同士の接合部に炭化水素系アルコールを供給するアルコール供給手段を設けた
ことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 In the friction stir welding apparatus equipped with a rotating tool inserted into the joint between metals,
A rotating tool according to any one of claims 1 to 10, comprising:
A friction stir welding apparatus characterized by comprising an alcohol supply means for supplying a hydrocarbon-based alcohol to a joint between metals in order to prevent metal from adhering to a rotating tool by forming metal carbide. 請求項１３もしくは請求項１５に記載の摩擦撹拌接合方法において、
炭化水素系アルコールは、エタノールもしくはメタノールもしくはプロパノールであることを特徴とする摩擦撹拌接合方法。 In the friction stir welding method according to claim 13 or 15,
The friction stir welding method, wherein the hydrocarbon alcohol is ethanol, methanol, or propanol. 請求項１４もしくは請求項１６に記載の摩擦撹拌接合装置において、
炭化水素系アルコールは、エタノールもしくはメタノールもしくはプロパノールであることを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
The friction stir welding apparatus according to claim 14 or 16,
The friction stir welding apparatus, wherein the hydrocarbon alcohol is ethanol, methanol, or propanol.
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