JP2016215264A - Frictional stir welding tool, and frictional stir welding device - Google Patents

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冨岡　泰造
Taizo Tomioka
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a frictional stir welding tool and device capable of maintaining a capability for pulling in the material of a plastically flowed base metal.SOLUTION: A frictional stir welding tool comprises a base part, a pin provided at one end side of the base part, and a shoulder part provided around the pin in one end side of the base part. The surface of the shoulder part has a stepped face which shows a belt-like shape, is wound around the pin in a swirly form in a direction orthogonal to the central axis of the frictional stir welding tool and has a shape separating from the pin in the central axis direction of the frictional stir welding tool with revolving around the pin.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、摩擦撹拌接合工具、および摩擦撹拌接合装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a friction stir welding tool and a friction stir welding apparatus.

摩擦攪拌接合（FSW；Friction Stir Welding）においては、回転する工具の押圧力と回転モーメントによって接合する部材（母材）の材料を塑性流動させる。
ここで、塑性流動させた母材の材料が接合部分の周縁からはみ出すと、接合部分における母材の材料の量がその分少なくなる。接合部分における母材の材料の量が少なくなると、欠陥が発生するおそれがある。また、接合部分の周縁からはみ出した母材の材料は、バリとなる。
そのため、工具のショルダ部に、工具の中心軸の方向から見た形状が渦巻き状を呈する溝（凹部）を設けて、塑性流動させた母材の材料を回転する工具の中心軸側に引き込むようにしている。
ところが、溝の内部に入り込んだ材料が溝の内部に付着すると、単なる平坦面を有するショルダ部と変わらなくなる。
また、溝と、溝との間に形成される凸部の幅寸法が短い場合には、凸部が摩耗しやすくなる。そして、凸部が摩耗すると、単なる平坦面を有するショルダ部と変わらなくなる。 溝の内部に付着した材料を除去すれば、材料を引き込む能力を回復させることができる。しかしながら、材料の除去を頻繁に行えば、生産性が低下することになる。
そのため、塑性流動させた母材の材料を引き込む能力を維持することができる摩擦撹拌接合工具および摩擦撹拌接合装置の開発が望まれていた。 In Friction Stir Welding (FSW), the material of a member (base material) to be joined is plastically flowed by the pressing force and rotational moment of a rotating tool.
Here, if the plastically flowed base material protrudes from the periphery of the joint portion, the amount of the base material at the joint portion decreases accordingly. If the amount of the base material in the joint portion is reduced, defects may occur. Moreover, the material of the base material that protrudes from the periphery of the joint portion becomes a burr.
For this reason, a groove (concave portion) having a spiral shape when viewed from the direction of the central axis of the tool is provided in the shoulder portion of the tool so that the material of the plastic material that has been plastically flowed is drawn toward the central axis side of the rotating tool. I have to.
However, when the material that has entered the inside of the groove adheres to the inside of the groove, it does not change from a shoulder portion having a simple flat surface.
Moreover, when the width dimension of the convex part formed between a groove | channel and a groove | channel is short, a convex part will become easy to wear. And if a convex part wears, it will not change with the shoulder part which has a mere flat surface. If the material adhering to the inside of the groove is removed, the ability to draw the material can be recovered. However, if the material is frequently removed, the productivity will decrease.
Therefore, it has been desired to develop a friction stir welding tool and a friction stir welding apparatus that can maintain the ability to draw the material of the base material that has been plastically flowed.

米国特許出願公開第２００６／０２８９６０８号明細書US Patent Application Publication No. 2006/0289608 特開２００３−４８０８３号公報JP 2003-48083 A 特開２０１２−８６２６７号公報JP 2012-86267 A 特開２０１２−２０２８８号公報JP 2012-20288 A

本発明が解決しようとする課題は、塑性流動させた母材の材料を引き込む能力を維持することができる摩擦撹拌接合工具および摩擦撹拌接合装置を提供することである。   The problem to be solved by the present invention is to provide a friction stir welding tool and a friction stir welding apparatus capable of maintaining the ability to draw the material of the base material that has been plastically flowed.

実施形態に係る摩擦撹拌接合工具は、基部と、前記基部の一方の端部側に設けられたピンと、前記基部の一方の端部側であって、前記ピンの周りに設けられたショルダ部と、を備えている。
前記ショルダ部の表面には、帯状を呈し、摩擦撹拌接合工具の中心軸に直交する方向において前記ピンの周りを渦巻き状に巻き回され、前記ピンの周りを旋回するにつれて前記摩擦撹拌接合工具の中心軸の方向において前記ピンから離れる形状の段差面が設けられている。 The friction stir welding tool according to the embodiment includes a base, a pin provided on one end of the base, a shoulder provided on the one end of the base, and around the pin. It is equipped with.
The surface of the shoulder portion has a band shape and is spirally wound around the pin in a direction perpendicular to the central axis of the friction stir welding tool, and as the swirl around the pin, the friction stir welding tool A step surface having a shape away from the pin in the direction of the central axis is provided.

本実施の形態に係る摩擦撹拌接合工具１を例示するための模式斜視図である。1 is a schematic perspective view for illustrating a friction stir welding tool 1 according to the present embodiment. 摩擦撹拌接合工具１を例示するための模式側面図である。1 is a schematic side view for illustrating a friction stir welding tool 1. FIG. （ａ）は、比較例に係るショルダ部５４を例示するための模式断面図である。（ｂ）は、比較例に係るショルダ部６４を例示するための模式断面図である。(A) is a schematic cross section for illustrating a shoulder portion 54 according to a comparative example. FIG. 6B is a schematic cross-sectional view for illustrating a shoulder portion 64 according to a comparative example. （ａ）は、比較例に係るショルダ部を備えた工具を用いて接合を行った場合の接合部分を例示するための模式図である。（ｂ）は、本実施の形態に係るショルダ部４を備えた工具を用いて接合を行った場合の接合部分を例示するための模式図である。(A) is a schematic diagram for illustrating the joining part at the time of joining using the tool provided with the shoulder part which concerns on a comparative example. (B) is a schematic diagram for illustrating a joining portion when joining is performed using a tool including the shoulder portion 4 according to the present embodiment. 本実施の形態に係る摩擦撹拌接合装置１００を例示するための模式図である。It is a schematic diagram for illustrating the friction stir welding apparatus 100 according to the present embodiment.

以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図１は、本実施の形態に係る摩擦撹拌接合工具１を例示するための模式斜視図である。 図２は、摩擦撹拌接合工具１を例示するための模式側面図である。
図１および図２に示すように、摩擦撹拌接合工具１（以下、単に、工具１と称する）は、基部２、ピン３、およびショルダ部４を備えている。 Hereinafter, embodiments will be illustrated with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and detailed description is abbreviate | omitted suitably.
FIG. 1 is a schematic perspective view for illustrating a friction stir welding tool 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a schematic side view for illustrating the friction stir welding tool 1.
As shown in FIGS. 1 and 2, the friction stir welding tool 1 (hereinafter simply referred to as the tool 1) includes a base portion 2, a pin 3, and a shoulder portion 4.

基部２、ピン３、およびショルダ部４は、一体に形成されている。
基部２、ピン３、およびショルダ部４の材料には特に限定はないが、接合する部材の材料よりも硬い材料を用いることが好ましい。基部２、ピン３、およびショルダ部４の材料は、例えば、工具鋼、タングステン合金、セラミックなどとすることができる。
接合する部材の材料は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、チタン、チタン合金、マグネシウム、およびマグネシウム合金などとすることができる。ただし、これらの材料に限定されるわけではなく、摩擦撹拌接合が可能であれば特に限定はない。また、一方の部材の材料は、他方の部材の材料と同じであってもよいし、異なるものであってもよい。 The base 2, the pin 3, and the shoulder 4 are integrally formed.
There are no particular limitations on the material of the base 2, the pin 3, and the shoulder 4, but it is preferable to use a material harder than the material of the members to be joined. The material of the base 2, the pins 3, and the shoulder 4 can be, for example, tool steel, tungsten alloy, ceramic, or the like.
The material of the members to be joined can be, for example, aluminum, aluminum alloy, copper, copper alloy, titanium, titanium alloy, magnesium, magnesium alloy, or the like. However, it is not limited to these materials, and there is no particular limitation as long as friction stir welding is possible. Further, the material of one member may be the same as or different from the material of the other member.

基部２は、柱状を呈している。
基部２は、基部２の中心軸２ａと、工具１の中心軸１ａとが同一直線上に位置するように設けることができる。
基部２の形態には特に限定はないが、円柱状とすれば工具１の製造が容易となる。また、摩擦撹拌接合装置１００への工具１の取り付けが容易となる。
なお、基部２のピン３が設けられる側（端部２ｂ側）とは反対側（端部２ｃ側）に、ねじなどの図示しない締結部を設けることもできる。この場合、締結部を介して基部２を保持する図示しない保持部をさらに備え、図示しない保持部を摩擦撹拌接合装置１００に取り付けるようにすることができる。この様にすれば、一体に形成された基部２、ピン３、およびショルダ部４を摩擦撹拌接合装置１００から取り外すのが容易となる。そのため、ピン３およびショルダ部４の洗浄などのメンテナンスが容易となる。 The base 2 has a columnar shape.
The base 2 can be provided so that the central axis 2a of the base 2 and the central axis 1a of the tool 1 are located on the same straight line.
Although there is no limitation in particular in the form of the base 2, manufacture of the tool 1 will become easy if it is cylindrical. Moreover, attachment of the tool 1 to the friction stir welding apparatus 100 becomes easy.
A fastening part (not shown) such as a screw may be provided on the side (end 2c side) opposite to the side (end 2b side) where the pin 3 of the base 2 is provided. In this case, a holding part (not shown) that holds the base 2 via the fastening part can be further provided, and the holding part (not shown) can be attached to the friction stir welding apparatus 100. In this way, it is easy to remove the integrally formed base 2, pin 3, and shoulder 4 from the friction stir welding apparatus 100. Therefore, maintenance such as cleaning of the pin 3 and the shoulder portion 4 becomes easy.

ピン３は、基部２の一方の端部２ｂ側に設けられている。
ピン３は、柱状を呈している。
ピン３は、ピン３の中心軸３ａと、工具１の中心軸１ａとが同一直線上に位置するように設けられている。
工具１の中心軸１ａに直交する方向におけるピン３の外形寸法は、基部２の中心軸１ａに直交する方向における外形寸法よりも短くなっている。
ピン３の中心軸１ａに直交する方向における外形寸法には特に限定はないが、ピン３の外形寸法は基部の外形寸法の２倍から３倍とするのが一般的であり、接合する部材の材料や加工条件などに応じて適宜変更することができる。
工具１の中心軸１ａの方向におけるピン３の長さ寸法（高さ寸法）は、接合する部材の厚み寸法と接合形態などにより適宜決定することができる。
例えば、２つの部材を突き合わせ、突き合わせた部分を接合する場合には、ピン３の長さ寸法（高さ寸法）は、部材の厚み寸法よりも短くする。２つの部材を重ね合わせ、重ね合わせた部分を接合する場合には、ピン３の長さ寸法（高さ寸法）は、工具を挿入する側の部材の厚み寸法よりも長くする。
なお、ピン３の長さ寸法（高さ寸法）は、接合する部材の材料や加工条件などに応じて適宜変更することができる。 The pin 3 is provided on one end 2 b side of the base 2.
The pin 3 has a columnar shape.
The pin 3 is provided so that the central axis 3a of the pin 3 and the central axis 1a of the tool 1 are located on the same straight line.
The external dimensions of the pin 3 in the direction orthogonal to the central axis 1 a of the tool 1 are shorter than the external dimensions in the direction orthogonal to the central axis 1 a of the base 2.
There are no particular limitations on the external dimensions of the pin 3 in the direction orthogonal to the central axis 1a, but the external dimensions of the pin 3 are generally two to three times the external dimensions of the base. It can be appropriately changed according to the material and processing conditions.
The length dimension (height dimension) of the pin 3 in the direction of the central axis 1a of the tool 1 can be appropriately determined depending on the thickness dimension of the members to be joined, the joining form, and the like.
For example, when two members are butted and the joined portions are joined, the length dimension (height dimension) of the pin 3 is shorter than the thickness dimension of the member. When two members are overlapped and the overlapped portions are joined, the length dimension (height dimension) of the pin 3 is made longer than the thickness dimension of the member on the tool insertion side.
In addition, the length dimension (height dimension) of the pin 3 can be suitably changed according to the material of the member to join, processing conditions, etc.

ピン３の形態には特に限定はないが、接合する部材に工具１を挿入する際の工具および部材の負荷を軽減するため、先端に向かうに従い外形寸法（断面寸法）が漸減する様な形態とすることが好ましい。
例えば、ピン３は、円錐台状を呈するものとすることができる。
ピン３の側面には、らせん状の溝を設けることができる。らせん状の溝をピン３の側面に設ければ、工具１の回転方向に加えて中心軸１ａ方向にも材料を塑性流動させることができる。そのため、突き合せの接合において、接合する部材の厚みよりも工具１のピン３の長さ寸法（高さ寸法）を短くしても突き合せ部の全面を接合できる。
らせん状の溝のピッチ寸法、大きさ、数などには、特に限定はない。
また、らせん状の溝は、必ずしも必要ではない。
らせん状の溝を設けない場合には、ピン３の側面が平滑となるようにすることができる。
この場合、中心軸１ａに直交する方向におけるピン３の断面形状を多角形とすれば、らせん状の溝が無くても塑性流動させた材料を撹拌し易くなる。
らせん状の溝のピッチ寸法、大きさ、数、らせん状の溝の要否は、例えば、接合する部材の材料や厚み寸法、加工条件などに応じて適宜変更することができる。 There is no particular limitation on the form of the pin 3, but in order to reduce the load on the tool and the member when the tool 1 is inserted into the member to be joined, the outer dimension (cross-sectional dimension) gradually decreases toward the tip. It is preferable to do.
For example, the pin 3 can have a truncated cone shape.
A spiral groove can be provided on the side surface of the pin 3. If the spiral groove is provided on the side surface of the pin 3, the material can be plastically flowed in the direction of the central axis 1 a in addition to the rotation direction of the tool 1. Therefore, in the butt joining, the entire butt portion can be joined even if the length dimension (height dimension) of the pin 3 of the tool 1 is made shorter than the thickness of the member to be joined.
There are no particular limitations on the pitch dimension, size, number, etc. of the spiral grooves.
Further, the spiral groove is not always necessary.
When the spiral groove is not provided, the side surface of the pin 3 can be made smooth.
In this case, if the cross-sectional shape of the pin 3 in the direction orthogonal to the central axis 1a is a polygon, the plastically flowed material can be easily stirred even without a spiral groove.
The pitch dimension, size, number, and necessity of the spiral groove of the spiral groove can be appropriately changed according to, for example, the material of the member to be joined, the thickness dimension, and the processing conditions.

ショルダ部４は、基部２のピン３が設けられた側の端部２ｂであって、ピン３の周りに設けられている。
ショルダ部４は、ショルダ部４の中心軸４ａと、工具１の中心軸１ａとが同一直線上に位置するように設けられている。
すなわち、ショルダ部４は、ピン３の周りに設けられ、ショルダ部４の中心軸４ａと、ピン３の中心軸３ａとが工具１の中心軸１ａ上に位置している。 The shoulder portion 4 is an end portion 2 b on the side where the pin 3 of the base portion 2 is provided, and is provided around the pin 3.
The shoulder portion 4 is provided such that the central axis 4a of the shoulder portion 4 and the central axis 1a of the tool 1 are located on the same straight line.
That is, the shoulder portion 4 is provided around the pin 3, and the central axis 4 a of the shoulder portion 4 and the central axis 3 a of the pin 3 are located on the central axis 1 a of the tool 1.

ショルダ部４の表面には、帯状の段差面４ｂが設けられている。
段差面４ｂの中心軸４ａ（中心軸１ａ）に直交する方向における位置は、段差面４ｂが中心軸４ａ（中心軸１ａ）の周りを旋回するにつれて中心軸４ａ（中心軸１ａ）から離れる。
すなわち、段差面４ｂは、帯状を呈し、工具１の中心軸１ａに直交する方向においてピン３の周りを渦巻き状に巻き回されている。 On the surface of the shoulder portion 4, a band-shaped step surface 4 b is provided.
The position of the step surface 4b in the direction orthogonal to the central axis 4a (the central axis 1a) is separated from the central axis 4a (the central axis 1a) as the step surface 4b turns around the central axis 4a (the central axis 1a).
That is, the step surface 4 b has a belt shape and is wound around the pin 3 in a spiral shape in a direction orthogonal to the central axis 1 a of the tool 1.

この場合、渦巻きの方向は、工具１の回転方向と逆となっている。
また、中心軸４ａ（中心軸１ａ）に直交する方向における段差面４ｂと段差面４ｂの間には溝が設けられていない。すなわち、工具１を中心軸１ａの方向から見た際に、段差面４ｂと、隣接する段差面４ｂとは密着している。 In this case, the direction of the spiral is opposite to the direction of rotation of the tool 1.
Further, no groove is provided between the step surface 4b and the step surface 4b in the direction orthogonal to the center axis 4a (center axis 1a). That is, when the tool 1 is viewed from the direction of the central axis 1a, the step surface 4b and the adjacent step surface 4b are in close contact with each other.

また、段差面４ｂの中心軸４ａ（中心軸１ａ）の方向における位置は、中心軸４ａ（中心軸１ａ）の周りを旋回するにつれて、ピン３の根元から基部２のピン３が設けられた側の端部２ｂ側へ移動する。
すなわち、段差面４ｂは、ピン３の根元から始まり、ピン３の周りを旋回するにつれて、工具１の中心軸１ａの方向においてピン３から離れるように端部２ｂ側へ移動し、端部２ｂ面で終わる。
以上に説明したように、段差面４ｂは、ピン３の周りを渦巻き状に旋回する連続したスロープとなっている。
段差面４ｂは、平坦な面とすることができる。
段差面４ｂを通り、段差面４ｂの周縁から中心軸４ａ（中心軸１ａ）に向かう線は、中心軸４ａ（中心軸１ａ）と直交するようにすることができる。 Further, the position of the step surface 4b in the direction of the central axis 4a (central axis 1a) is the side where the pin 3 of the base 2 is provided from the root of the pin 3 as it turns around the central axis 4a (central axis 1a). To the end 2b side.
That is, the stepped surface 4b starts from the root of the pin 3, and moves to the end 2b side away from the pin 3 in the direction of the central axis 1a of the tool 1 as it turns around the pin 3, and the end 2b surface end with.
As described above, the step surface 4b is a continuous slope that swirls around the pin 3 in a spiral shape.
The step surface 4b can be a flat surface.
A line passing through the step surface 4b and going from the periphery of the step surface 4b to the central axis 4a (the central axis 1a) can be orthogonal to the central axis 4a (the central axis 1a).

本発明者の得た知見によれば、以上のような形態を有する段差面４ｂの段差Ｈを０．０５ｍｍ以上、１ｍｍ以下とすれば、塑性流動させた母材の材料を引き込む能力を維持することが容易となる。
また、段差面４ｂの幅寸法を、ピン３の周縁と、基部２の端部２ｂの周縁との間の寸法の１／３以下とすれば、塑性流動させた母材の材料を引き込む能力を維持することが容易となる。
ただし、段差面４ｂがピン３の周りを旋回する回数には特に限定がなく、接合する部材の材料や加工条件などに応じて適宜変更することができる。 According to the knowledge obtained by the present inventor, when the step H of the step surface 4b having the above-described form is set to 0.05 mm or more and 1 mm or less, the ability to draw in the material of the base material plastically flowed is maintained. It becomes easy.
Further, if the width dimension of the stepped surface 4b is set to 1/3 or less of the dimension between the peripheral edge of the pin 3 and the peripheral edge of the end portion 2b of the base portion 2, the ability to draw the material of the base material plastically flowed is obtained. It is easy to maintain.
However, the number of times the stepped surface 4b turns around the pin 3 is not particularly limited, and can be appropriately changed according to the material of the member to be joined, processing conditions, and the like.

次に、ショルダ部４の作用および効果についてさらに説明する。
図３（ａ）は、比較例に係るショルダ部５４を例示するための模式断面図である。
図３（ａ）に示すように、ショルダ部５４の表面には、渦巻き状の溝５４ｃが設けられている。
溝５４ｃと溝５４ｃの間には、凸部５４ｂが形成されている。
凸部５４ｂの頂面５４ｂ１は、曲面となっている。
頂面５４ｂ１を通り、頂面５４ｂ１の周縁から中心軸５４ａに向かう線は、中心軸５４ａと交差している。
すなわち、頂面５４ｂ１は、傾斜面となっている。 Next, the operation and effect of the shoulder portion 4 will be further described.
FIG. 3A is a schematic cross-sectional view for illustrating a shoulder portion 54 according to a comparative example.
As shown in FIG. 3A, a spiral groove 54 c is provided on the surface of the shoulder portion 54.
A convex portion 54b is formed between the groove 54c and the groove 54c.
The top surface 54b1 of the convex portion 54b is a curved surface.
A line passing through the top surface 54b1 and going from the periphery of the top surface 54b1 to the central axis 54a intersects the central axis 54a.
That is, the top surface 54b1 is an inclined surface.

図３（ｂ）は、比較例に係るショルダ部６４を例示するための模式断面図である。
図３（ｂ）に示すように、ショルダ部６４の表面には、渦巻き状の溝６４ｃが設けられている。
溝６４ｃと溝６４ｃの間には、凸部６４ｂが形成されている。
凸部６４ｂの頂面６４ｂ１は、平坦な面となっている。
頂面６４ｂ１を通り、頂面６４ｂ１の周縁から中心軸６４ａに向かう線は、中心軸６４ａと交差している。
すなわち、頂面６４ｂ１は、傾斜面となっている。 FIG. 3B is a schematic cross-sectional view for illustrating the shoulder portion 64 according to the comparative example.
As shown in FIG. 3B, a spiral groove 64 c is provided on the surface of the shoulder portion 64.
A convex portion 64b is formed between the groove 64c and the groove 64c.
The top surface 64b1 of the convex portion 64b is a flat surface.
A line passing through the top surface 64b1 and going from the periphery of the top surface 64b1 to the central axis 64a intersects the central axis 64a.
That is, the top surface 64b1 is an inclined surface.

図３（ａ）、（ｂ）に示すように、渦巻き状の溝５４ｃ、６４ｃを設けるようにすれば、塑性流動させた母材の材料を回転する工具の中心軸側に引き込むことができる。
ところが、溝５４ｃ、６４ｃの内部に入り込んだ材料が溝５４ｃ、６４ｃの内部に付着すると、単なる平坦面を有するショルダ部と変わらなくなる。
また、溝５４ｃ、６４ｃと、溝５４ｃ、６４ｃとの間に形成された凸部５４ｂ、６４ｂの幅寸法が短い場合には、凸部５４ｂ、６４ｂが摩耗しやすくなる。そして、凸部５４ｂ、６４ｂが摩耗すると、単なる平坦面を有するショルダ部と変わらなくなる。 As shown in FIGS. 3A and 3B, if the spiral grooves 54c and 64c are provided, the plastically flowed base material can be drawn into the central axis side of the rotating tool.
However, when the material that has entered the grooves 54c and 64c adheres to the grooves 54c and 64c, the material does not change from a shoulder portion having a simple flat surface.
Further, when the widths of the protrusions 54b and 64b formed between the grooves 54c and 64c and the grooves 54c and 64c are short, the protrusions 54b and 64b are easily worn. And if the convex parts 54b and 64b wear, it will not change with the shoulder part which has a mere flat surface.

これに対して、本実施の形態に係るショルダ部４においては、中心軸４ａ（中心軸１ａ）に直交する方向における段差面４ｂと段差面４ｂの間に溝が設けられていない。すなわち、工具１を中心軸１ａの方向から見た際に、段差面４ｂと、隣接する段差面４ｂとは密着している。
そのため、塑性流動させた母材の材料がショルダ部４の表面に付着しにくくなる。
また、段差面４ｂの幅寸法を長くすることができるので、摩耗しにくくすることができる。
そのため、塑性流動させた母材の材料を引き込む能力を維持することができる。 On the other hand, in the shoulder portion 4 according to the present embodiment, no groove is provided between the step surface 4b and the step surface 4b in the direction orthogonal to the central axis 4a (the central axis 1a). That is, when the tool 1 is viewed from the direction of the central axis 1a, the step surface 4b and the adjacent step surface 4b are in close contact with each other.
Therefore, it becomes difficult for the material of the base material plastically flowed to adhere to the surface of the shoulder portion 4.
Moreover, since the width dimension of the level | step difference surface 4b can be lengthened, it can be made hard to wear.
Therefore, the ability to draw in the material of the base material plastically flowed can be maintained.

ここで、接合する部材に工具１を挿入する際に、挿入方向における接合する部材と工具１の相対的な位置がばらつくことがある。
この場合、段差面４ｂを平坦な面とし、段差面４ｂを通り、段差面４ｂの周縁から中心軸４ａ（中心軸１ａ）に向かう線が、中心軸４ａ（中心軸１ａ）と直交するようにすれば、段差面４ｂと塑性流動させた母材の材料との接触を安定させることができる。
そのため、挿入方向における工具１の位置がばらついたとしても、塑性流動させた母材の材料を引き込む能力を維持させやすくなる。 Here, when the tool 1 is inserted into the member to be joined, the relative positions of the member to be joined and the tool 1 in the insertion direction may vary.
In this case, the step surface 4b is a flat surface, and the line passing through the step surface 4b and going from the periphery of the step surface 4b to the central axis 4a (the central axis 1a) is orthogonal to the central axis 4a (the central axis 1a). By doing so, it is possible to stabilize the contact between the step surface 4b and the material of the base material plastically flowed.
Therefore, even if the position of the tool 1 in the insertion direction varies, it is easy to maintain the ability to draw the material of the base material that has been plastically flowed.

図４（ａ）は、比較例に係るショルダ部を備えた工具を用いて接合を行った場合の接合部分を例示するための模式図である。
図４（ｂ）は、本実施の形態に係るショルダ部４を備えた工具を用いて接合を行った場合の接合部分を例示するための模式図である。
なお、図４（ａ）、（ｂ）は、２つの部材７１、７２を突き合わせ、突き合わせた部分を接合する場合である。 Fig.4 (a) is a schematic diagram for demonstrating the joining part at the time of joining using the tool provided with the shoulder part which concerns on a comparative example.
FIG. 4B is a schematic diagram for illustrating a joining portion when joining is performed using a tool including the shoulder portion 4 according to the present embodiment.
4A and 4B show a case where two members 71 and 72 are abutted and the abutted portions are joined.

前述したように、比較例に係るショルダ部においては、塑性流動させた母材の材料が渦巻く状の溝の内部に付着しやすい。
そのため、塑性流動させた母材の材料を引き込む能力が低下しやすくなる。
その結果、図４（ａ）に示すように、塑性流動させた母材の材料が接合部分７０の周縁からはみ出すようになる。塑性流動させた母材の材料が接合部分７０の周縁からはみ出すと、接合部分７０における母材の材料の量がその分少なくなるので、接合部分７０に欠陥が発生するおそれがある。また、接合部分７０の周縁からはみ出した母材の材料は、バリ７０ａとなる。 As described above, in the shoulder portion according to the comparative example, the material of the base material plastically flowed easily adheres to the inside of the spiral groove.
For this reason, the ability to draw the material of the base material plastically flowed easily decreases.
As a result, as shown in FIG. 4A, the plastically flowed base material starts to protrude from the periphery of the joint portion 70. When the plastically flowed base material material protrudes from the periphery of the joint portion 70, the amount of the base material material in the joint portion 70 decreases accordingly, and there is a possibility that a defect occurs in the joint portion 70. Further, the material of the base material that protrudes from the peripheral edge of the joint portion 70 becomes a burr 70a.

これに対して、本実施の形態に係るショルダ部４を備えた工具１は、塑性流動させた母材の材料を引き込む能力を維持することができる。
そのため、図４（ｂ）に示すように、塑性流動させた母材の材料が接合部分７０の周縁からはみ出すことを抑制することができる。塑性流動させた母材の材料が接合部分７０の周縁からはみ出さなければ、欠陥およびバリの発生を抑制することができる。 On the other hand, the tool 1 provided with the shoulder portion 4 according to the present embodiment can maintain the ability to draw the material of the base material plastically flowed.
Therefore, as shown in FIG. 4B, it is possible to suppress the base material that has been plastically flowed from protruding from the periphery of the joint portion 70. If the plastically flowed base material does not protrude from the periphery of the joint portion 70, the occurrence of defects and burrs can be suppressed.

次に、本実施の形態に係る摩擦撹拌接合装置１００について例示をする。
図５は、本実施の形態に係る摩擦撹拌接合装置１００を例示するための模式図である。
なお、図５中の矢印Ｘ、Ｙ、Ｚは、互いに直交する三方向を表している。矢印Ｚは鉛直方向を表し、矢印Ｘと矢印Ｙは水平方向を表している。 Next, the friction stir welding apparatus 100 according to the present embodiment is illustrated.
FIG. 5 is a schematic diagram for illustrating the friction stir welding apparatus 100 according to the present embodiment.
Note that arrows X, Y, and Z in FIG. 5 represent three directions orthogonal to each other. An arrow Z represents the vertical direction, and an arrow X and an arrow Y represent the horizontal direction.

図５に示す摩擦撹拌接合装置１００は、２つの部材７１、７２を突き合わせ、突き合わせた部分を接合する。
摩擦撹拌接合装置１００は、床面などに設置することができる。
また、摩擦撹拌接合装置１００は、６軸垂直多関接ロボットなどのハンドに取り付けることもできる。 The friction stir welding apparatus 100 shown in FIG. 5 abuts two members 71 and 72 and joins the abutted portions.
The friction stir welding apparatus 100 can be installed on a floor surface or the like.
The friction stir welding apparatus 100 can also be attached to a hand such as a six-axis vertical multi-joint robot.

図５に示すように、摩擦撹拌接合装置１００には、載置部１０１、保持部１０２、および加工部１０３が設けられている。
載置部１０１は、２つの部材７１、７２を突き合わせた状態で載置する。
部材７１、７２は、例えば、アルミニウム合金などからなる板材とすることができる。 保持部１０２は、２つの部材７１、７２を互いに近接する方向（例えば、Ｙ方向）に加圧して保持する。
保持部１０２は、例えば、サーボモータなどの制御モータを備えたものとすることができる。 As shown in FIG. 5, the friction stir welding apparatus 100 is provided with a placement unit 101, a holding unit 102, and a processing unit 103.
The placement unit 101 is placed in a state where the two members 71 and 72 are brought into contact with each other.
The members 71 and 72 can be plate materials made of, for example, an aluminum alloy. The holding unit 102 pressurizes and holds the two members 71 and 72 in a direction close to each other (for example, the Y direction).
The holding unit 102 may include a control motor such as a servo motor, for example.

加工部１０３は、工具１の基部２を保持する。
加工部１０３は、中心軸１０３ａを中心として工具１を回転させる。
この際、加工部１０３は、段差面４ｂの巻き方向と逆の方向に工具１を回転させる。
加工部１０３は、回転させた工具１の位置を変化させる。
例えば、加工部１０３は、回転させた工具１のＺ方向における位置を変化させて、ピン３およびショルダ部４が部材７１、７２の内部に挿入されるようにする。
そして、加工部１０３は、回転させた工具１のＸ方向における位置を変化させて、２つの部材７１、７２の突き合わせた部分を接合する。
加工部１０３は、例えば、サーボモータなどの制御モータを備えたものとすることができる。 The processing unit 103 holds the base 2 of the tool 1.
The processing unit 103 rotates the tool 1 around the central axis 103a.
At this time, the processing unit 103 rotates the tool 1 in the direction opposite to the winding direction of the step surface 4b.
The processing unit 103 changes the position of the rotated tool 1.
For example, the processing unit 103 changes the position of the rotated tool 1 in the Z direction so that the pin 3 and the shoulder unit 4 are inserted into the members 71 and 72.
And the process part 103 changes the position in the X direction of the rotated tool 1, and joins the part which the two members 71 and 72 faced | matched.
The processing unit 103 may include a control motor such as a servo motor, for example.

以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。   As mentioned above, although several embodiment of this invention was illustrated, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and equivalents thereof. Further, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.

１ 摩擦撹拌接合工具、１ａ 中心軸、２ 基部、２ａ 中心軸、２ｂ 端部、２ｃ 端部、３ ピン、３ａ 中心軸、４ ショルダ部、４ａ 中心軸、４ｂ 段差面、７０ 接合部分、７０ａ バリ、７１ 部材、７２ 部材、１００ 摩擦撹拌接合装置、１０１ 載置部、１０２ 保持部、１０３ 加工部、Ｈ 段差   1 Friction stir welding tool, 1a center axis, 2 base part, 2a center axis, 2b end part, 2c end part, 3 pin, 3a center axis, 4 shoulder part, 4a center axis, 4b stepped surface, 70 joint part, 70a burr , 71 member, 72 member, 100 friction stir welding apparatus, 101 mounting portion, 102 holding portion, 103 processing portion, H step

Claims (9)

基部と、
前記基部の一方の端部側に設けられたピンと、
前記基部の一方の端部側であって、前記ピンの周りに設けられたショルダ部と、
を備え、
前記ショルダ部の表面には、帯状を呈し、摩擦撹拌接合工具の中心軸に直交する方向において前記ピンの周りを渦巻き状に巻き回され、前記ピンの周りを旋回するにつれて前記摩擦撹拌接合工具の中心軸の方向において前記ピンから離れる形状の段差面が設けられている摩擦撹拌接合工具。 The base,
A pin provided on one end side of the base,
A shoulder portion provided on one end side of the base portion and around the pin;
With
The surface of the shoulder portion has a band shape and is spirally wound around the pin in a direction perpendicular to the central axis of the friction stir welding tool, and as the swirl around the pin, the friction stir welding tool A friction stir welding tool provided with a stepped surface having a shape away from the pin in the direction of the central axis. 前記摩擦撹拌接合工具を中心軸の方向から見た際に、前記段差面と、隣接する前記段差面と、は密着している請求項１記載の摩擦撹拌接合工具。   The friction stir welding tool according to claim 1, wherein when the friction stir welding tool is viewed from the direction of the central axis, the step surface and the adjacent step surface are in close contact with each other. 前記段差面を通り、前記段差面の周縁から前記中心軸に向かう線は、前記中心軸と直交している請求項１または２に記載の摩擦撹拌接合工具。   3. The friction stir welding tool according to claim 1, wherein a line passing through the step surface and extending from a peripheral edge of the step surface toward the central axis is orthogonal to the central axis. 前記段差面は、平坦な面である請求項１〜３のいずれか１つに記載の摩擦撹拌接合工具。   The friction stir welding tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the step surface is a flat surface. 前記段差面の段差は、０．０５ｍｍ以上、１ｍｍ以下である請求項１〜４のいずれか１つに記載の摩擦撹拌接合工具。   The friction stir welding tool according to any one of claims 1 to 4, wherein a step of the step surface is 0.05 mm or more and 1 mm or less. 前記段差面の幅寸法は、前記ピンの周縁と、前記第１の端部の周縁と、の間の寸法の１／３以下である請求項１〜５のいずれか１つに記載の摩擦撹拌接合工具。   6. The friction stirrer according to claim 1, wherein a width dimension of the step surface is 1/3 or less of a dimension between a peripheral edge of the pin and a peripheral edge of the first end portion. Joining tool. 前記ピンの側面には、らせん状の溝が設けられている請求項１〜６のいずれか１つに記載の摩擦撹拌接合工具。   The friction stir welding tool according to any one of claims 1 to 6, wherein a spiral groove is provided on a side surface of the pin. 前記ピンの側面が平滑である請求項１〜７のいずれか1つに記載の摩擦攪拌接合工具。   The friction stir welding tool according to any one of claims 1 to 7, wherein a side surface of the pin is smooth. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の摩擦撹拌接合工具を保持し、段差面の巻き方向と逆の方向に前記摩擦撹拌接合工具を回転させる加工部を備えた摩擦撹拌接合装置。   The friction stir welding apparatus provided with the process part which hold | maintains the friction stir welding tool as described in any one of Claims 1-8, and rotates the said friction stir welding tool in the direction opposite to the winding direction of a level | step difference surface.
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