JP2007222925A - Friction stirring and joining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軟化温度の異なる異種金属部材を重ね合わせて摩擦攪拌接合方法により接合する場合に、軟化温度の高い方の金属部材の内部に空洞欠陥や割れ等を生じることなく、強度のある接合部を形成することができる摩擦攪拌接合方法に関する。 In the present invention, when dissimilar metal members having different softening temperatures are overlapped and joined by the friction stir welding method, strong joining is achieved without causing void defects or cracks in the metal member having a higher softening temperature. The present invention relates to a friction stir welding method capable of forming a part.
一般に突き合せ状態又は重ね合わせ状態に配置した2個の接合部材を接合する摩擦攪拌接合法は、固相接合法の一つであり、接合部材の突き合せ部又は重ね合わせ部に回転しているプローブを挿入し、このプローブとショルダとの接触部を摩擦熱にて軟化させ攪拌しながら塑性流動させ、プローブを突き合わせ部又は重ね合わせ部に沿って移動させながら塑性流動部を冷却固化し、両者を接合させるものである。 In general, the friction stir welding method for joining two joining members arranged in a butted state or a superposed state is one of the solid phase joining methods, and is rotated to the butted portion or the superposed portion of the joined member. Insert the probe, soften the contact part between the probe and the shoulder with frictional heat, plastically flow while stirring, and cool and solidify the plastic flow part while moving the probe along the abutting part or overlapping part. Are to be joined.
このような摩擦攪拌接合法は、固相接合であるため、接合部材の材料の種類に制限を受けないとか、MIG,TIG,レーザ溶接等といった溶融溶接法と比較して接合時の熱歪みによる変形が少ない等の利点がある。
しかしながらその接合部材の材料の適用範囲は、AlやCuなどの低温で塑性流動し易い材料に限定されており、鉄鋼材料等の難塑性流動材への適用は制限されている。
Since such a friction stir welding method is solid phase bonding, it is not limited by the type of material of the joining member, or due to thermal distortion at the time of joining as compared with fusion welding methods such as MIG, TIG, laser welding, etc. There are advantages such as less deformation.
However, the application range of the material of the joining member is limited to a material that easily plastically flows at a low temperature, such as Al and Cu, and application to a hardly plastic fluid material such as a steel material is limited.
鉄鋼材料などの軟化温度の高い材料に対してプローブを当てると、プローブが破損するおそれがあり、従ってAlやCuなどの低温で塑性流動し易い材料と鉄鋼材料等の難塑性流動材とを摩擦攪拌接合法で接合することは、接合欠陥を生じやすく、健全な接合部が得られにくいため、異種金属部材の接合方法について、従来様々な工夫が試みられてきた。 If the probe is applied to a material with a high softening temperature such as a steel material, the probe may be damaged. Therefore, a friction between a material that is plastically flowable at a low temperature such as Al or Cu and a material that is difficult to plasticize such as a steel material. Joining by the stir welding method is likely to cause a joining defect, and it is difficult to obtain a sound joint. Therefore, various devices have been tried for joining methods of dissimilar metal members.
例えば特許文献1(特開2003−266183号公報)では、難塑性流動材料同士を摩擦攪拌接合法で突き合せ接合する場合に、その突き合せ接合面に塑性流動しやすい中間部材を介在させ、難塑性流動材料側の突き合せ面に凹部を設け、中間部材上に摩擦攪拌用ツールのプローブを押し当て摩擦攪拌しながらプローブを中間部材の内部に挿入し、中間部材の材料を該凹部にならうように塑性流動させる方法が開示されている。 For example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-266183), when refractory plastic flow materials are butt-joined by a friction stir welding method, an intermediate member that easily plastically flows is interposed on the butt-joint surface. A concave portion is formed on the abutting surface on the plastic fluid material side, the probe of the friction stir tool is pressed onto the intermediate member, the probe is inserted into the intermediate member while friction stirring, and the material of the intermediate member follows the concave portion. A method of plastic flow is disclosed.
また特許文献2(特開2004−42117号公報)には、異種材料同士を突き合せ接合する場合に、プローブを突き合せ面近傍の一方の塑性流動しやすい部材側に挿入し、他方の難塑性流動部材にはプローブを挿入しないようにし、プローブを挿入した側の部材のみを塑性流動させることで、塑性流動によって接合界面での原子の拡散を促進させて、拡散接合させるものである。特許文献2の図5には、難塑性流動部材側の突き合せ面に凹部を設け、塑性流動した部材を該凹部に導入させることにより、その楔効果で機械的結合力を付加するようにした手法が開示されている。 Further, in Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-42117), when different materials are butt-joined, a probe is inserted into one plastic-flowable member side near the butt surface, and the other difficult plasticity is inserted. A probe is not inserted into the flow member, and only the member on the side where the probe is inserted is plastically flowed, so that diffusion of atoms at the bonding interface is promoted by plastic flow, and diffusion bonding is performed. In FIG. 5 of Patent Document 2, a concave portion is provided on the abutting surface on the hardly plastic fluid member side, and a mechanical fluid is applied by the wedge effect by introducing the plastic fluidized member into the concave portion. A technique is disclosed.
また特許文献3(特開2005−288525号公報)には、材質及び硬度が異なる金属部材を重ね合わせて点接合するに際し、硬度の低い金属部材側に凸型治具を配置する一方、硬度の高い金属部材側に凹型治具を配置して、点接合する部位に対して、凸型治具の凸部を硬度の低い金属部材の表面側から差し込むことにより、凹型治具の凹所内に2種の金属を押し込んだ後、凸型治具の回転を開始して、硬度の低い金属部材を塑性流動せしめて、両者を点接合する方法が開示されている。 Further, in Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-288525), when metal members having different materials and hardness are overlapped and point-joined, a convex jig is disposed on the metal member side having low hardness, By placing the concave jig on the high metal member side and inserting the convex portion of the convex jig from the surface side of the metal member with low hardness into the point-joined part, 2 in the recess of the concave jig. A method is disclosed in which after a seed metal is pushed in, the rotation of the convex jig is started, and a metal member having low hardness is plastically flowed to bond them together.
また従来リニアモータカー用のリアクションプレートは、台車側の一次鉄心及び一次導体に対応する二次鉄心及び二次導体及びそれらを水平に支持する架台とから構成されている。うず電流が流れる二次導体が、リニアモータの磁路を構成する二次鉄心の上側に一体的に結合される。
二次導体は通常アルミや銅からなり、二次鉄心と材質が異なるため、これらを溶接で接合することができず、従って従来爆着法、または圧着法を採用し、また二次鉄心と架台とのずれを防止するため、これらを隅肉溶接していた。
A reaction plate for a conventional linear motor car is composed of a primary iron core and a secondary core corresponding to the primary side of the carriage, a secondary conductor, and a pedestal that horizontally supports them. The secondary conductor through which the eddy current flows is integrally coupled to the upper side of the secondary iron core constituting the magnetic path of the linear motor.
The secondary conductor is usually made of aluminum or copper, and since the material is different from that of the secondary core, they cannot be joined together by welding. Therefore, the conventional explosive bonding method or crimping method is used, and the secondary core and base are also used. These were fillet welded in order to prevent misalignment.
あるいは非特許文献1(川崎製鉄技報Vol.22 No.3 1990)に開示されているように、二次導体と二次鉄心とアンカーボンド法で接合する方法も行われていたが、この機械的接合方法は、過去熱間圧延では困難とされていたアリ溝を平鋼の表面に成形し、そのアリ溝内にアルミ板又は銅板の突出部を冷間加工で塑性変形により充填させ接合するものである。 Alternatively, as disclosed in Non-Patent Document 1 (Kawasaki Steel Technical Report Vol.22 No.3 1990), a method of joining a secondary conductor and a secondary iron core by an anchor bond method has also been performed. In the conventional joining method, dovetail grooves, which have been difficult in the past hot rolling, are formed on the surface of flat steel, and the protrusions of the aluminum plate or copper plate are filled into the dovetail grooves by plastic deformation and joined. Is.
しかしながら特許文献1に開示された方法は、プローブを回転可能に支持しているプローブ上方のショルダ部が鉄鋼材料等の難塑性流動材料の表面に当って破損するおそれがある。またプローブが突き合せ面に設けた凹部に挿入されていないので、塑性流動された中間部材が該凹部に容易に入り込むことができない。また塑性流動された中間部材が該凹部に入り込んだとしても、前述のようにショルダ部が難塑性流動材料の表面に当ってしまうので、塑性流動された中間部材に押し込み力を付与することができず、従って中間部材の内部に空洞欠陥や割れが発生し、強度が低下するという問題がある。
However, in the method disclosed in
また特許文献2に開示された方法は、ショルダ部が当る難塑性流動部材表面を塑性流動しやすい部材と同材質の部材で覆うようにしたので、ショルダ部が破損するおそれはなくなるが、特許文献2と同様に、プローブが突き合せ面に設けた凹部に挿入されていないので、塑性流動した部材が該凹部に容易に入り込まず、また塑性流動された中間部材が該凹部に入り込んだとしても、それに伴って中間部材の内部に空洞欠陥や割れが発生し、強度が低下するという問題がある。 In addition, the method disclosed in Patent Document 2 covers the surface of the hardly plastic fluid member that the shoulder portion contacts with a member that is made of the same material as the material that easily plastically flows. 2, since the probe is not inserted into the concave portion provided on the abutting surface, the plastically flowed member does not easily enter the concave portion, and even if the plastically flowed intermediate member enters the concave portion, Along with that, there is a problem that void defects and cracks are generated inside the intermediate member, and the strength is lowered.
また特許文献3に開示された方法は、凸型治具を重ね合わせた異種金属部材に挿入して塑性変形させるので、大きな荷重が凸型治具に加わり、凸型治具を破損させるおそれがある。また硬度の異なる異種の金属部材が重ね合わされた状態で変形されるため、硬度の低い方の金属部材が圧迫されて膜状を保つことができず、凸型治具の周辺に硬度の低い金属部材からなるバリを形成してしまうという問題がある。
In addition, the method disclosed in
またリニアモータカー用のリアクションプレートには車両側からかなり強い引張り力が働くため、二次導体が長手方向両端部から剥がれるおそれがある。従来行なわれていた爆着法、圧着法や、非特許文献1に開示されたアンカーボンド法による接合方法は、大掛かりな装置を必要とし、手軽に施工することができないという問題がある。また従来二次鉄心と架台間は隅肉溶接で接合していたが、車両からの強い引張り力で隅肉溶接部に割れが発生してしまうという問題がある。
Moreover, since a considerably strong tensile force acts on the reaction plate for the linear motor car from the vehicle side, the secondary conductor may be peeled off from both ends in the longitudinal direction. Conventional bonding methods such as the adhesion method, the pressure bonding method, and the anchor bond method disclosed in
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、軟化温度が異なる異種材料を摩擦攪拌用ツールを用いて接合するに際し、軟化温度の低い方の金属部材に割れや空洞欠陥を発生することなく、接合部の強度を高く保持できる接合方法を提案することを目的とする。
また特にリニアモータカー用のリアクションプレートを構成する二次鉄心と二次導体との接合を簡易な方法で接合部の構造的な欠陥を生じることなく達成可能な摩擦攪拌法を実現することを目的とする。
In the present invention, in view of the problems of the prior art, when different materials having different softening temperatures are joined using a friction stir tool, the metal member having a lower softening temperature can be joined without generating cracks or void defects. It aims at proposing the joining method which can keep the intensity | strength of a part high.
In addition, the purpose of the present invention is to realize a friction stir method that can be achieved without causing structural defects in the joint by a simple method, particularly the joining of the secondary iron core and the secondary conductor constituting the reaction plate for a linear motor car. To do.
前記目的を達成するため、本発明の摩擦攪拌接合方法は、
軟化温度が異なる第1及び第2の金属部材の板状部を重ね合わせ接合する方法において、
軟化温度が高い方の第2の金属部材の板状部の接合箇所に溝を設け、
軟化温度が低い方の第1の金属部材の該溝に対面する部位を摩擦攪拌用ツールで塑性流動を生じさせながら、該摩擦攪拌用ツールのプローブの先端を該塑性流動部位を通して前記溝の内部に挿入し、
該プローブの先端を前記溝に挿入しながら回転させることにより塑性流動した第1の金属部材を該溝内に押し込む押し込み力を発生させて、該塑性流動部材を該溝に充填させ冷却固化させるものである。
In order to achieve the above object, the friction stir welding method of the present invention comprises:
In the method of laminating and joining the plate-like portions of the first and second metal members having different softening temperatures,
A groove is provided at the joint portion of the plate-like portion of the second metal member having the higher softening temperature,
While the portion of the first metal member having the lower softening temperature facing the groove is caused to generate plastic flow by the friction stir tool, the tip of the probe of the friction stir tool is passed through the plastic flow portion to the inside of the groove. Inserted into
The probe is rotated while the tip of the probe is inserted into the groove to generate a pushing force to push the plastic flowed first metal member into the groove, and the plastic flow member is filled into the groove to be cooled and solidified. It is.
本発明において、摩擦攪拌用ツールのプローブは、前記溝の内部で回転させることにより、第1の金属部材からなる塑性流動材が溝の内部へ押し込められる押し込み力を発生させる構造のものを使用する。例えばプローブ周面にネジ部を設けるか、あるいはプローブを先細りに傾斜した円錐形状とする。プローブ周面にネジ部を設ける場合、左ネジとした場合プローブを時計方向に回転させ、右ネジとした場合プローブを反時計方向に回転させるようにする。 In the present invention, the probe of the friction stir tool uses a structure that generates a pushing force by which the plastic fluid material made of the first metal member is pushed into the groove by rotating inside the groove. . For example, a screw part is provided on the probe peripheral surface, or the probe is formed in a conical shape with a tapered inclination. In the case where a screw portion is provided on the probe peripheral surface, the probe is rotated clockwise when the left screw is used, and the probe is rotated counterclockwise when the right screw is used.
塑性流動材は、冷却固化したときに収縮しないため、溝内で空隙を生じることがない。従って接合部の強度が保持される。また該溝の形状は、奥にいくほど面積が拡大される楔形状とすれば、塑性流動材が溝内に充填され、冷却固化したときに楔効果により接合部の結合力が強固になる。 Since the plastic fluidized material does not shrink when cooled and solidified, no void is generated in the groove. Therefore, the strength of the joint is maintained. Further, if the groove has a wedge shape whose area increases toward the back, the plastic fluidized material is filled in the groove, and when it is cooled and solidified, the bonding force of the joint is strengthened by the wedge effect.
また塑性流動材が該溝に充填されたとき、溝に充填された分だけ第1の金属部材表面に凹みが生じる。そのため溝内に予め第1金属部材と同じ材質の補充材を入れておくことによって、凹みを生じないようにすることができる。あるいは第1の金属部材の溝に対面する部位の上面又は下面に該溝の幅に相当する幅と該溝の容積に相当する容積を有する凸部を設けたり、あるいは第1の金属部材の溝に対面する部位の上面に該溝の幅に相当する幅と該溝の容積に相当する容積を有する第1の金属材料からなる補充材を予め設置しておけば、第1金属部材の表面に凹みを生じない。 Further, when the plastic fluidized material is filled in the groove, the surface of the first metal member is recessed by the amount filled in the groove. Therefore, it is possible to prevent a dent from occurring by previously filling a replenisher of the same material as the first metal member in the groove. Alternatively, a convex portion having a width corresponding to the width of the groove and a volume corresponding to the volume of the groove is provided on the upper surface or the lower surface of the portion facing the groove of the first metal member, or the groove of the first metal member. If a replenishment material made of a first metal material having a width corresponding to the width of the groove and a volume corresponding to the volume of the groove is previously installed on the upper surface of the portion facing the surface, the surface of the first metal member There is no dent.
また前記溝は、延設された線状か、あるいはスポット状に形成することができる。該溝を延設された線状に形成したとき、第1の金属部材の該溝に対面する部位を摩擦攪拌用ツールで塑性流動を生じさせながら、該摩擦攪拌用ツールのプローブの先端を該塑性流動部位を通して該溝の内部に挿入し、該プローブを該溝の内部に挿入したまま該溝に沿って摩擦攪拌用ツールを移動させることにより線状の接合部を連続的に形成することができる。 Further, the groove can be formed in an extended line shape or a spot shape. When the groove is formed in an extended linear shape, the tip of the probe of the friction stir tool is placed on the portion of the first metal member facing the groove while causing plastic flow with the friction stir tool. A linear joint can be continuously formed by inserting the friction stir tool along the groove while the probe is inserted into the groove through the plastic flow site and the probe is inserted into the groove. it can.
また前記溝をスポット状に形成したとき、該溝の内面に雌ねじを形成し、第1の金属部材からなる塑性流動材を該溝に該雌ねじに対する雄ねじを形成するように充填すれば、塑性流動材が冷却固化したとき第1の金属部材と第2の金属部材とをボルト結合した状態となり、強固な結合力を得ることができる。
また第1の金属部材の厚さを、必要板厚に該第1の金属部材が塑性流動して前記溝に充填されることにより伴う該第1の金属部材の凹み量に相当する分の削り代を付加して設定し、摩擦攪拌接合後、該削り代を切削するようにしてもよい。
Further, when the groove is formed in a spot shape, a female thread is formed on the inner surface of the groove, and a plastic flow material made of a first metal member is filled so as to form a male thread for the female screw. When the material is cooled and solidified, the first metal member and the second metal member are in a bolted state, and a strong bonding force can be obtained.
Further, the thickness of the first metal member is reduced by the amount corresponding to the dent amount of the first metal member due to plastic flow of the first metal member to the required plate thickness and filling the groove. An allowance may be added and set, and after the friction stir welding, the shaving allowance may be cut.
また本発明は、特にリニアモータカー用リアクションプレートの製造に適用して好適である。即ち第1の金属部材がリニアモータカー用リアクションプレートの二次導体であり、第2の金属部材が該リアクションプレートの架台又は該架台に取り付けられた二次鉄心であり、該架台又は該二次鉄心の該二次導体との重ね合わせ面に線状又はスポット状の溝を形成し、該溝内に該二次導体の塑性流動材を充填することにより接合部を形成することができる。これにより従来のように爆着法、圧着法やアンカーボンド法のように大掛かりな設備、施工を必要としない。 The present invention is particularly suitable for application to the production of a reaction plate for a linear motor car. That is, the first metal member is a secondary conductor of a reaction plate for a linear motor car, and the second metal member is a frame of the reaction plate or a secondary iron core attached to the frame, the frame or the secondary iron core. A joining portion can be formed by forming a linear or spot-like groove on the overlapping surface of the secondary conductor and filling the plastic fluid material of the secondary conductor into the groove. This eliminates the need for large-scale equipment and construction as in the prior art, such as the explosive bonding method, pressure bonding method, and anchor bond method.
さらには前記架台又は二次鉄心の長手方向に全長に亘って複数の線状溝を設けるとともに、該架台又は前記二次鉄心の長手方向両端部に該線状溝の間に複数のスポット状溝を形成し、線状溝及びスポット状溝に二次導体の塑性流動材を充填するようにすれば、特に剥がれやすい二次導体両端部の接合強度を大きくすることができる。 Further, a plurality of linear grooves are provided over the entire length in the longitudinal direction of the gantry or secondary iron core, and a plurality of spot-like grooves are provided between the linear grooves at both longitudinal ends of the gantry or the secondary iron core. If the linear groove and the spot-like groove are filled with the plastic fluid material of the secondary conductor, the joint strength at both ends of the secondary conductor that can be easily peeled off can be increased.
本発明方法によれば、軟化温度が高い第2の金属部材の板状部の接合箇所に溝を設け、軟化温度が低い方の第1の金属部材の該溝に対面する部位を摩擦攪拌用ツールで塑性流動を生じさせながら、該摩擦攪拌用ツールのプローブの先端を該塑性流動箇所を通して溝の内部に挿入し、該プローブの先端を溝に挿入しながら回転させることにより塑性流動した第1の金属部材を該溝内に押し込む押し込み力を発生させて、該塑性流動材を該溝に充填させるようにしたため、塑性流動材に対して溝内への十分な押し込み力が働き、かつ溝内で十分な攪拌力が働き、十分な強度を有する接合部を形成できる。 According to the method of the present invention, a groove is provided at the joint portion of the plate-like portion of the second metal member having a high softening temperature, and the portion facing the groove of the first metal member having the lower softening temperature is used for friction stirring. The plastic flow is generated by inserting the tip of the probe of the friction stir tool into the groove through the plastic flow portion and rotating the probe while inserting the tip of the probe into the groove while generating plastic flow with the tool. The metal fluid member is pushed into the groove, and the plastic fluidizing material is filled in the groove. Therefore, the plastic fluidizing material has a sufficient pushing force into the groove, and the groove inside the groove. Thus, a sufficient stirring force can be applied to form a joint having a sufficient strength.
また前記従来方法のように、塑性流動材の溝内への充填に伴う軟化温度の低い第1金属部材中に割れや空洞欠陥が生じることがなく、また好ましくは、第1金属部材と同材質の補充材を予め溝内に充填するか、あるいは第1金属部材からなる凸部を第1金属部材の該溝内に対面する部位の上面又は下面に設けることによって、塑性流動材の溝内への充填に伴う凹みを防止することができる。 Further, unlike the conventional method, cracks and cavity defects do not occur in the first metal member having a low softening temperature due to filling of the plastic fluid material into the groove, and preferably, the same material as the first metal member is used. The replenishing material is filled in the groove in advance, or a convex portion made of the first metal member is provided on the upper surface or the lower surface of the portion facing the groove of the first metal member, thereby entering the groove of the plastic fluid material. It is possible to prevent dents associated with filling.
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例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、この発明をそれのみに限定する趣旨ではない。
図1(a)は、本発明をリニアモータカー用のリアクションプレートの製造に適用した第1実施例の断面立面図((b)のA−A断面)、(b)は同じく平面図、図2は、第1実施例での摩擦攪拌接合法を示す説明図、図3の(a)は、同じくリアクションプレートの製造に適用した本発明の第2実施例の断面立面図((b)のB−B断面)、(b)は同じく平面図、(c)は(a)のC部拡大図である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this embodiment are not intended to limit the present invention to that only, unless otherwise specified.
FIG. 1 (a) is a sectional elevation view of the first embodiment in which the present invention is applied to the production of a reaction plate for a linear motor car (cross section AA in FIG. 1 (b)), and FIG. 2 is an explanatory view showing the friction stir welding method in the first embodiment, and FIG. 3A is a sectional elevation view of the second embodiment of the present invention similarly applied to the production of the reaction plate ((b)). (B-B cross section), (b) is also a plan view, and (c) is an enlarged view of part C of (a).
図4の(a)は、同じくリアクションプレートの製造に適用した本発明の第3実施例の断面立面図((b)のD−D断面図)、(b)は同じく平面図、(c)は(a)のE部拡大図、図5の(a)は、同じくリアクションプレートの製造に適用した本発明の第4実施例の断面立面図((b)のF−F断面図)、(b)は同じく平面図、(c)は(a)のG部拡大図、(d)は(a)のH部拡大図、図6〜図10は、それぞれ本発明の変形例の説明図である。 4A is a sectional elevational view (DD sectional view of (b)) of the third embodiment of the present invention applied to the production of the reaction plate, and FIG. 4B is a plan view of the same. ) Is an enlarged view of part E in FIG. 5A, and FIG. 5A is a sectional elevation view of the fourth embodiment of the present invention applied to the production of the reaction plate (FF sectional view in FIG. 5B). (B) is a plan view, (c) is an enlarged view of the G portion of (a), (d) is an enlarged view of the H portion of (a), and FIGS. FIG.
第1実施例を示す図1において、リニアモータカー用リアクションプレート1は、基本的な構成要素として、台車側の一次鉄心及び一次導体に対応する二次鉄心2及びに二次導体3、並びにそれらを支持する架台4とを具える。うず電流が流れる二次導体3がリニアモータの磁路を構成する二次鉄心2の上側に一体的に結合されている。架台4は、図示しない固定手段によって枕木(図示略)に固定される。
In FIG. 1 showing the first embodiment, a linear motor
本実施例において、架台4及び二次鉄心2は軟鋼(SS400)からなり、架台4の頂部上面に取り付けられる二次鉄心2は、隅肉溶接wで架台4に取り付けられ、二次鉄心2とアルミ、または銅からなる二次導体3とは、図2に示す摩擦攪拌接合法によって接合される。二次鉄心2には長手方向に複数の線状溝5が平行に設けられている。該線状溝5は、底部ほど面積の大きい先細りの楔形状をなしている。
In this embodiment, the
図2において、二次鉄心2の線状溝5に対面する二次導体3側の表面に摩擦攪拌用ツール6が押し当てられる。摩擦攪拌用ツール6はともに回転するプローブ6aとショルダー6bとからなり、押し付け力fを二次導体3の表面に付与しながらr方向に回転する。プローブ6aの周面には雄ねじ7が形成され、摩擦攪拌用ツール6が時計方向に回転するときは左ねじが切られ、反時計方向に回転するときは右ねじが切られる。かかる構成によって摩擦攪拌用ツール6が回転したときは、塑性流動した二次導体の材料を線状溝5の中に押し込む押し込み力gが与えられる。
In FIG. 2, the friction stir tool 6 is pressed against the surface of the
摩擦攪拌用ツール6が線状溝5に対面する二次導体3の表面に押し当てられ、r方向に回転すると、プローブ6aに接する二次導体材が塑性流動状態となる。そのため摩擦攪拌用ツール6を回転させながらさらにプローブ6aを挿入し、その先端が溝5の内部に入り込むまで挿入する。プローブ6aの周面には雄ねじ7が形成されているので、塑性流動した二次導体材を溝5の内部に押し込む押し込み力gが発生し、その作用により、線状溝5の内部が二次導体材で充填される。このとき二次鉄心2は塑性流動しない。
When the friction stir tool 6 is pressed against the surface of the
線状溝5の内部に充填された二次導体材が冷却固化すると、楔形状を有する溝5に充填された二次導体材の楔効果により二次鉄心2と二次導体3とを強固に結合することができる。
従来二次鉄心2とアルミ、または銅からなる二次導体3との接合は、両者が異種材料であるため、爆着法、圧着法や非特許文献1に開示されたアンカーボンド法を採用していたが、爆着法は大掛かりな設備を必要とし、大きな爆発音を発し、施工が面倒であり、また圧着法、アンカーボンド法も同様に大掛かりな設備を要し施工も面倒であったが、本実施例のように摩擦攪拌接合法を採用することにより簡易な装置で容易に接合することができるとともに、接合部の強度も向上する。
When the secondary conductor material filled in the linear groove 5 is cooled and solidified, the secondary iron core 2 and the
Conventionally, the secondary iron core 2 and the
また本実施例によれば、一方の二次導体材3のみを塑性流動させ、二次鉄心2は塑性流動せず、二次導体3の塑性流動材3aが二次鉄心2に設けられた線状溝5に入り込むようになっているので、両材料の軟化温度が異なっても、無理に軟化温度の高い二次鉄心2を塑性流動させる必要がなく、摩擦攪拌用ツール6を破損させるおそれがなく、かつ大きな動力を必要としない。
Further, according to the present embodiment, only one
また本実施例では、線状溝5に充填された塑性流動材に相当する容量の凹みを二次導体表面に生じることはあるが、重ね合わせ面の接合であるため、二次導体表面から摩擦攪拌用ツール6のショルダ6bで加圧力を加え、あるいはプローブ6aの挿入深さを調整することにより、特許文献1又は2のように塑性流動材の内部に割れや空洞欠陥を生じることはない。
Further, in this embodiment, a recess having a capacity corresponding to the plastic fluid filled in the linear groove 5 may be generated on the surface of the secondary conductor. By applying pressure with the shoulder 6b of the stirring tool 6 or adjusting the insertion depth of the probe 6a, there is no crack or void defect inside the plastic fluidized material as in
またプローブ表面にねじ部7を設け、塑性流動材を線状溝5内に押し込む押し込み力gを付与しているので、塑性流動材を線状溝5内に確実に充填することができるとともに、プローブ6aの先端を線状溝5の内部に挿入して回転させているので、溝内で十分な攪拌力が働き、そのため割れや空隙等を生じることもなく、十分な強度を有する接合部を形成できる。また塑性流動材は冷却固化しても収縮することがないので、冷却固化後も溝内に空隙を生じることがない。
本実施例では、線状溝5を架台4の長手方向に等間隔で形成し、該線状溝5で強固な接合部を形成しているので、二次導体3の二次鉄心2に対する結合力が強固なものになる。
In addition, since the threaded portion 7 is provided on the probe surface and the pushing force g for pushing the plastic fluid material into the linear groove 5 is applied, the plastic fluid material can be reliably filled into the linear groove 5, Since the tip of the probe 6a is inserted into the linear groove 5 and rotated, a sufficient agitation force works in the groove, so that a joint having sufficient strength can be obtained without causing cracks or voids. Can be formed. Further, since the plastic fluidized material does not shrink even when cooled and solidified, no voids are generated in the groove even after cooling and solidifying.
In this embodiment, the linear grooves 5 are formed at equal intervals in the longitudinal direction of the
なお本実施例では、線状溝5の内部へ塑性流動材の押し込み力gを付与する構成として、プローブ6aの周面に雄ねじ7を形成していたが、押し込み力を形成する別な手段として、プローブ6aを先細りの円錐形状とし、該円錐形状の傾斜した周面に沿って線状溝5の内部へ押し込み力を付与するようにしてもよい。 In this embodiment, the male thread 7 is formed on the peripheral surface of the probe 6a as a configuration for applying the pushing force g of the plastic fluid material to the inside of the linear groove 5, but as another means for forming the pushing force. The probe 6a may have a tapered conical shape, and a pressing force may be applied to the inside of the linear groove 5 along the inclined peripheral surface of the conical shape.
次に本発明の第2実施例を図3に基づいて説明する。本実施例は、前記第1実施例と同様に、リニアモータカー用のリアクションプレートに適用した場合の実施例であるが、本実施例のリアクションプレート11は二次鉄心をなくし、リアクションプレートの架台13に直接二次導体を接合する構成のものである。図3において、図(a)は図(b)のB−B断面図、図(b)は平面図、図(c)は図(a)中のC部拡大図である。リアクションプレート11は、長手方向に長尺状をなし軟鋼(SS400)製の架台13上に長辺が例えば約5mであってアルミ、または銅製の二次導体12を繋ぎ合わせて接合していくことで構成されている。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This embodiment is an embodiment when applied to a reaction plate for a linear motor car as in the first embodiment. However, the
架台13の上面には、前記第1実施例と同様に、長手方向に等間隔で複数の線状溝14が設けられ、線状溝14は、前記第1実施例と同様に奥に行くほど面積が広がる楔形をなす。架台13の上面に二次導体12が載置されて、互いに接合される重ね合わせ面を形成する。この重ね合わせ面を前記第1実施例の図2に示す方法と同じ方法で摩擦攪拌用ツール6を用い、摩擦攪拌接合する。
Similar to the first embodiment, a plurality of
即ち該線状溝14に対面する二次導体12の表面に摩擦攪拌用ツール6を当て、二次導体12に押し付け力を付与しながら回転することで、二次導体12を塑性流動させ、さらにプローブ6aを塑性流動した二次導体12の内部に挿入して二次導体を構成するアルミ、または銅材を攪拌させながら、プローブ6aの先端を線状溝14の内部に挿入する。
That is, the friction stir tool 6 is applied to the surface of the
このようにプローブ6aを線状溝14の内部で回転させることにより、塑性流動材を線状溝14の内部に押し込む押し込み力を発生させて、塑性流動材12aを線状溝14の内部に充填するとともに、プローブ6aを線状溝14の内部で回転させることにより、線状溝14の内部に充填された塑性流動材12aを十分攪拌することにより、高い強度を有する接合部を形成することができる。図3(c)は、塑性流動材12aが線状溝14に充填された状態を示す。このような摩擦攪拌接合法を実施することによる作用効果は、前記第1実施例と同一である。
By rotating the probe 6a in the
また本実施例においては、二次鉄心をなくしたことにより、前記第1実施例のように、架台4と二次鉄心2とを隅肉溶接する必要がなくなり、隅肉溶接部の割れを心配する必要がなくなる。
In this embodiment, since the secondary iron core is eliminated, there is no need to fillet weld the
次に本発明の第3実施例を図4により説明する。本実施例は、前記第2実施例と同一の構成を有するリアクションプレートの製造(即ち二次鉄心をなくした構成)に適用するものであり、第2実施例とは線状溝21の形状が異なり、その他の構成は同一である。なお前記第2実施例と同一の構成及び機能を有する部位については、第2実施例と同一の符号を付している。図4において、線状溝21は、架台13の長手方向に等間隔で線状に設けられている点は、前記第2実施例と同一であるが、線状溝21の形状は、楔形状はなく開口部及び底部ともに同一の面積を有する延設された直方体形状をなし、かつ内面に長手方向に延設された凹凸部22が設けられている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is applied to the production of a reaction plate having the same configuration as the second embodiment (that is, the configuration without the secondary iron core), and the shape of the
従って該線状溝21に二次導体12を構成するアルミ、または銅材の塑性流動材12aが押し込まれたとき、該塑性流動材12aが凹凸部22に入り込むことによって、架台13との間で強固な結合力を発揮することができる。図4(c)は、塑性流動材12aが溝21の内部に充填された状態を示す。
その他の作用効果は、前記第2実施例と同一である。
Therefore, when the aluminum or
Other functions and effects are the same as those of the second embodiment.
次に本発明の第4実施例を図5により説明する。本実施例は、前記第2実施例と比べて、線状溝14の配置のみならず、二次導体12の長手方向両端部において、架台13の長手方向に等間隔で配置された線状溝14の間にスポット状の溝31を設け、線状溝14及びスポット状溝31の箇所で摩擦攪拌接合したものである。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Compared with the second embodiment, this embodiment has not only the arrangement of the
線状溝14の断面は、前記第2実施例と同様に奥広がりの楔形断面形状を有するが、一方スポット状溝31の内面は、図5(d)に示すように、円柱形で架台13の下面まで貫通しており、内面に雌ねじ32が形成されている。図5の(d)は、摩擦攪拌接合によりスポット状溝31の中間部まで二次導体12の塑性流動材12bが入り込んで冷却固化した状態を示す。
The cross-section of the
スポット状溝31では、雌ねじ32の凹凸に塑性流動材12bが入り込んで冷却固化することにより、二次導体12と架台13とがボルト結合と同一の結合状態となり、二次導体12と架台13との間で強固な結合力を得ることができる。二次導体12の長手方向両端部は、特に架台13から剥がれやすいが、本実施例のように線状溝14のみならず、内面に雌ねじ32が形成されたスポット状溝31を設けることにより、強固な結合力を発生できるので、二次導体12がその長手方向両端部から剥がれるおそれがない。
In the spot-
つぎに本発明の種々の変形例について図6から図10により説明する。図6から図10は、塑性流動しやすい部材(例えばアルミ)41と塑性流動し難い部材42の重ね合わせ面の接合部を示す。本発明では、接合部において塑性流動しやすい部材41が摩擦攪拌用ツールにより塑性流動され、塑性流動材が溝43の内部に充填される。その充填量に相当する容量だけ塑性流動しやすい部材41の表面に凹みが生じるが、図6では、摩擦攪拌接合前に予め部材41の表面に該充填量に相当する容積の凸部44を形成しておくことにより、部材41の表面に凹みを生じることがない。
Next, various modifications of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 to FIG. 10 show the joint portion of the overlapping surface of a member (for example, aluminum) 41 that easily plastically flows and a
図7では、部材41の溝43に対面する下面に同様の凸部45を形成することで、図8では、予め溝43の内部に部材41と同一材質の補充材46を挿入しておくことで、また図9では、部材41の表面に部材41と同一材質の補充材47を載置あるいは貼着しておくことで、部材41の表面に凹みを生じることを防止することができる。
In FIG. 7, the same convex portion 45 is formed on the lower surface of the
また図10では、部材41の板厚を、溝43への塑性流動材の充填量に相当する削り代h2を必要板厚h1に足した板厚とし、摩擦攪拌接合法による接合後、溝43に対面する部材41の表面に凹みを生じたら、残りの削り代h2を削り取ることにより、凹みの発生を防止することができる。
In FIG. 10, the plate thickness of the
本発明によれば、軟化温度のことなる異種材料を摩擦攪拌接合法で接合する場合に、軟化温度の高い方の金属部材を摩擦攪拌することなく、軟化温度の低い方の金属部材のみ摩擦攪拌するだけで、簡単に接合強度の優れた接合部が得られ、かつ塑性流動材の内部に割れや空洞欠陥のない摩擦攪拌接合法を提供することができる。 According to the present invention, when dissimilar materials having different softening temperatures are joined by the friction stir welding method, only the metal member having the lower softening temperature is frictionally stirred without friction stirring the metal member having the higher softening temperature. Thus, it is possible to provide a friction stir welding method in which a joined portion having excellent joining strength can be easily obtained and there is no crack or void defect inside the plastic fluidized material.
1、11 リニアモータカー用リアクションプレート
2 二次鉄心
3、12 二次導体
3a、12a、12b 塑性流動材
4、13 架台
5、14、21 線状溝
6 摩擦攪拌用ツール
6a プローブ
6b ショルダ部
7 雄ねじ部
31 スポット状溝
22 凹凸部
32 雌ねじ部
44、45 凸部
46、47 補充材
h1 塑性流動しやすい部材41の必要板厚
h2 塑性流動しやすい部材41の削り代
g 押し込み力
r 回転方向
w 隅肉溶接部
1, 11 Reaction plate for linear motor car 2
Claims (12)
軟化温度が高い方の第2の金属部材の板状部の接合箇所に溝を設け、
軟化温度が低い方の第1の金属部材の該溝に対面する部位を摩擦攪拌用ツールで塑性流動を生じさせながら、該摩擦攪拌用ツールのプローブの先端を該塑性流動箇所を通して前記溝の内部に挿入し、
該プローブの先端を前記溝に挿入しながら回転させることにより塑性流動した第1の金属部材を該溝内に押し込む押し込み力を発生させて、該塑性流動材を該溝に充填させ冷却固化させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 In the method of laminating and joining the plate-like portions of the first and second metal members having different softening temperatures,
A groove is provided at the joint portion of the plate-like portion of the second metal member having the higher softening temperature,
While the plastic metal flow is generated by the friction stir tool at the portion facing the groove of the first metal member having the lower softening temperature, the tip of the probe of the friction stir tool passes through the plastic flow point to the inside of the groove. Inserted into
By rotating the tip of the probe while being inserted into the groove, a pressing force is generated to push the first metal member plastically flowed into the groove, and the plastic fluid is filled into the groove to be cooled and solidified. A friction stir welding method characterized by the above.
該プローブ先端を該溝の内部に挿入した状態で該溝に沿って摩擦攪拌用ツールを移動させることにより線状の接合部を形成することを特徴とする請求項1記載の摩擦攪拌接合方法。 The tip of the probe of the friction stir tool is made to flow while the portion of the first metal member facing the groove is formed into a linear shape and plastic flow is generated by the friction stir tool. Inserted into the groove through the site,
2. The friction stir welding method according to claim 1, wherein a linear joint is formed by moving a friction stir tool along the groove in a state where the tip of the probe is inserted into the groove.
前記線状溝及び前記スポット状溝に二次導体の塑性流動財物を充填するようにしたことを特徴とする請求項1記載の摩擦攪拌接合方法。 A plurality of linear grooves are provided over the entire length in the longitudinal direction of the gantry or the secondary iron core, and a plurality of spot-like grooves are provided between the linear grooves at both longitudinal ends of the gantry or the secondary iron core. Forming,
2. The friction stir welding method according to claim 1, wherein the linear groove and the spot-like groove are filled with a plastic fluidized material of a secondary conductor.
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