JP2018001178A - Tool for friction stirring and friction stirring bonding device having tool for friction stirring - Google Patents

Tool for friction stirring and friction stirring bonding device having tool for friction stirring Download PDF

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Kunitaka Masaki
邦崇 真崎
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tool for friction stirring capable of controlling flow of fluidized metal which is caused to flow into a gap between a probe support hole of a shoulder and a stirring probe in a fillet friction stirring bonding.SOLUTION: A tool for fillet friction stirring bonding for performing friction stirring bonding of metal members Wa, Wb includes: a stirring probe 20 which is rotated in such a state as to be pushed against the metal members Wa, Wb and stirs the softened fluidized metal while applying friction heat; and a shoulder 30 which has a probe support hole 33, supports the stirring probe 20 rotated by the probe support hole 33 and, at the same time, is caused to slide on the metal members Wa, Wb. Therein, a flow hindrance surface 25, which obstructs further flow along an axial direction of the stirring probe 20 of the fluidized metal when the fluidized metal is caused to flow into the gap S between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the stirring probe 20, is provided on the stirring probe 20.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、例えば、摩擦攪拌接合(FSW; Friction Stir Welding)や摩擦攪拌処理(FSP; Friction Stir Processing)に用いられる摩擦攪拌用工具及び摩擦攪拌用工具を有する摩擦攪拌接合装置に関するものである。   The present invention relates to a friction stir welding tool and a friction stir welding apparatus having a friction stir tool used for, for example, friction stir welding (FSW) and friction stir processing (FSP).

従来、上記した摩擦攪拌接合に用いられる摩擦攪拌用工具としては、例えば、特許文献1に記載されたものがある。この摩擦攪拌用工具は、一対の金属部材を突き合せて形成された内隅部に対して摩擦攪拌接合を行う隅肉摩擦攪拌接合用工具であって、軸受とともに回転駆動機構を構成する回転駆動軸に接続されて一対の金属部材に跨って押し当てられた状態で回転する攪拌プローブと、この攪拌プローブを支持するショルダを備えている。   Conventionally, as a friction stir tool used for the friction stir welding described above, for example, there is one described in Patent Document 1. This friction stir tool is a fillet friction stir welding tool that performs friction stir welding to an inner corner formed by abutting a pair of metal members, and is a rotational drive that forms a rotational drive mechanism together with a bearing A stirring probe that is connected to a shaft and rotates while being pressed across a pair of metal members, and a shoulder that supports the stirring probe are provided.

一対の金属部材に跨って押し当てられた状態で回転する攪拌プローブは、一対の金属部材間の内隅部に摩擦熱を付与しつつ軟化した内隅部及びその周辺の流動金属(流動物)を練り混ぜることで、一対の金属部材同士を一体化させる。   The stirring probe that rotates while being pressed across a pair of metal members is softened while applying frictional heat to the inner corners between the pair of metal members, and the surrounding flowing metal (fluid) By kneading, a pair of metal members are integrated.

一方、ショルダは、攪拌プローブが貫通するプローブ支持孔を有し、このプローブ支持孔で回転する攪拌プローブを支持しつつ一対の金属部材間の内隅部上を摺動して、内隅部及びその周辺の練り混ざった流動金属を均して接合ビードを形成する。   On the other hand, the shoulder has a probe support hole through which the agitation probe passes, and slides on the inner corner between the pair of metal members while supporting the agitation probe rotating in the probe support hole. The beaded bead is formed by leveling the mixed fluid metal around it.

特開2011-079031号公報JP 2011-079031

ところが、上記した従来の摩擦攪拌接合用工具では、摩擦攪拌を続けるうちにショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの摺動部分に生じる摩耗で両者間の隙間が拡大してしまい、攪拌プローブの回転で生じる摩擦熱で軟化して練り混ざった流動金属が、摩擦攪拌接合を続けるうちにショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの間の隙間に流入する。   However, in the conventional friction stir welding tool described above, the friction between the shoulder probe support hole and the stirrer probe increases as the friction stir welding continues, and the gap between the two expands. The fluidized metal softened and kneaded by the frictional heat generated in the step flows into the gap between the shoulder probe support hole and the stirring probe while continuing the friction stir welding.

ここで、例えば、一対の金属部材がアルミニウム合金であり、摩擦攪拌接合用工具が工具鋼(SKD61)である場合には、長い距離の摩擦攪拌接合や、アルミワイヤを供給して行う摩擦攪拌接合において、流動金属の流入はより顕著なものとなって、回転駆動軸及び軸受で構成される回転駆動機構に悪影響をもたらす虞があるという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっていた。   Here, for example, when the pair of metal members is an aluminum alloy and the friction stir welding tool is tool steel (SKD61), a long distance friction stir welding or a friction stir welding performed by supplying an aluminum wire However, the inflow of fluid metal becomes more conspicuous, and there is a possibility of adversely affecting the rotary drive mechanism composed of the rotary drive shaft and the bearing. It was an issue.

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、ショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの間の隙間に流入する摩擦熱で軟化して練り混ざった流動物が回転駆動機構に悪影響をもたらすのを少なく抑えることが可能である摩擦攪拌用工具及び摩擦攪拌用工具を有する摩擦攪拌接合装置を提供することを目的としている。   The present invention has been made paying attention to the above-described conventional problems, and the fluid that has been softened and mixed by frictional heat flowing into the gap between the shoulder probe support hole and the agitation probe becomes a rotational drive mechanism. It is an object of the present invention to provide a friction stir welding apparatus having a friction stir tool and a friction stir tool capable of suppressing adverse effects to a minimum.

本発明の第1の態様は、被加工部材を摩擦攪拌する摩擦攪拌用工具であって、前記被加工部材に押し当てられた状態で回転して摩擦熱を付与しつつ軟化した前記被加工部材の流動物を攪拌する攪拌プローブと、前記攪拌プローブが貫通するプローブ支持孔を有し、該プローブ支持孔で回転する前記攪拌プローブを支持しつつ前記被加工部材上を摺動するショルダを備え、前記攪拌プローブには、前記ショルダの前記プローブ支持孔及び該攪拌プローブの間の隙間に前記流動物が流入した場合に、該流動物の前記攪拌プローブの軸方向に沿ったさらなる流動を妨げる流動阻害部が設けられている構成としている。   A first aspect of the present invention is a friction stir tool that frictionally stirs a workpiece, the workpiece being rotated and softened while applying frictional heat while pressed against the workpiece. A stirring probe that stirs the fluid, and a probe support hole through which the stirring probe passes, and a shoulder that slides on the workpiece while supporting the stirring probe rotating in the probe support hole, The stirrer probe has a flow inhibition that prevents further flow of the fluid along the axial direction of the stirrer probe when the fluid flows into the gap between the probe support hole of the shoulder and the stirrer probe. It is set as the structure by which the part is provided.

本発明の第2の態様において、前記流動阻害部は、前記ショルダの前記プローブ支持孔及び該攪拌プローブの間の隙間から流入する前記流動物の流動方向を前記攪拌プローブの軸方向から径方向に変える乃至は反転させる流動阻害面である構成としている。   In the second aspect of the present invention, the flow inhibiting portion changes the flow direction of the fluid flowing in from the gap between the probe support hole of the shoulder and the stirring probe from the axial direction of the stirring probe to the radial direction. The flow blocking surface is changed or reversed.

本発明の第3の態様において、前記流動阻害部は、前記攪拌プローブの軸方向に対して交差する流動阻害面である構成としている。   3rd aspect of this invention WHEREIN: The said flow inhibition part is set as the structure which is a flow inhibition surface which cross | intersects with respect to the axial direction of the said stirring probe.

本発明の第4の態様において、前記ショルダのプローブ支持孔と前記攪拌プローブとの間には、前記流動阻害部によって前記攪拌プローブの軸方向に沿ったさらなる流動が遮られた前記流動物を溜める流動物収容部が設けられている構成としている。   In the fourth aspect of the present invention, the fluid in which further flow along the axial direction of the stirring probe is blocked by the flow blocking portion is accumulated between the probe support hole of the shoulder and the stirring probe. It is set as the structure by which the fluid accommodating part is provided.

本発明の第5の態様において、前記ショルダには、前記流動物収容部に溜まった前記流動物を排出する流動物排出孔が設けられている構成としている。   5th aspect of this invention WHEREIN: The said shoulder is set as the structure provided with the fluid discharge hole which discharges | emits the said fluid accumulated in the said fluid accommodating part.

本発明の第6の態様において、前記ショルダには、前記流動物を溜める拡張収容部が前記流動物収容部に連続して設けられている構成としている。   In the sixth aspect of the present invention, the shoulder is configured such that an extended accommodating portion for storing the fluid is provided continuously to the fluid accommodating portion.

本発明の第7の態様は、前記攪拌プローブの前記流動阻害部と、前記ショルダのプローブ支持孔及び前記攪拌プローブ間の前記流動物収容部とから成る組み合わせが、複数組備えられている構成としている。   According to a seventh aspect of the present invention, a plurality of combinations each including the flow inhibition portion of the stirring probe, the probe support hole of the shoulder, and the fluid containing portion between the stirring probes are provided. Yes.

本発明の第8の態様において、前記ショルダには、前記流動物収容部内における前記流動物の前記攪拌プローブ回りの流動を案内して前記流動物排出孔に導くガイドが設けられている構成としている。   In an eighth aspect of the present invention, the shoulder is provided with a guide that guides the flow of the fluid around the stirring probe in the fluid accommodating portion and guides the fluid to the fluid discharge hole. .

一方、本発明の第9の態様は、一対の被加工部材を突き合せて摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌接合装置であって、請求項1〜8のいずれかに記載の摩擦攪拌用工具と、前記摩擦攪拌用工具の前記攪拌プローブを前記一対の被加工部材の突き合せ部に押し当てた状態で回転させる回転駆動軸と、前記回転駆動軸により回転する前記攪拌プローブを支持する前記摩擦攪拌用工具の前記ショルダを前記一対の被加工部材の突き合せ部に沿って摺動させる送り機構を備えた構成としている。   On the other hand, a ninth aspect of the present invention is a friction stir welding apparatus that performs friction stir welding by butting a pair of workpieces, and the friction stir welding tool according to any one of claims 1 to 8, A rotary drive shaft for rotating the stirring probe of the friction stirring tool in a state of being pressed against the butted portions of the pair of workpieces, and the friction stirring for supporting the stirring probe rotated by the rotary drive shaft It is set as the structure provided with the feed mechanism which slides the said shoulder of a tool along the abutting part of a pair of said to-be-processed member.

本発明に係る摩擦攪拌用工具によれば、ショルダ及び攪拌プローブを頻繁に清掃または交換しなくても、ショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの間の隙間に流入する摩擦熱で軟化して練り混ざった流動物が攪拌プローブの回転駆動機構に悪影響をもたらすのを少なく抑えることができるという非常に優れた効果がもたらされる。   According to the friction stir tool according to the present invention, even if the shoulder and the stirring probe are not frequently cleaned or replaced, they are softened and kneaded by the frictional heat flowing into the gap between the shoulder probe support hole and the stirring probe. The excellent effect that the mixed fluid can suppress the adverse effect on the rotational drive mechanism of the stirring probe can be reduced.

本発明の一実施例に係る摩擦攪拌用工具としての隅肉摩擦攪拌接合用工具を備えた摩擦攪拌接合装置を示す正面説明図(a)及び側面説明図(b)である。It is front explanatory drawing (a) and side explanatory drawing (b) which show the friction stir welding apparatus provided with the fillet friction stir welding tool as a friction stir tool concerning one Example of this invention. 図1(a)の隅肉摩擦攪拌接合用工具を拡大して示す拡大説明図(a)及び側面方向からの拡大断面説明図(b)である。It is the expansion explanatory drawing (a) which expands and shows the fillet friction stir welding tool of Fig.1 (a), and the expanded sectional explanatory drawing (b) from a side surface direction. 図2に示した隅肉摩擦攪拌接合用工具におけるショルダの下方からの全体斜視説明図である。FIG. 3 is an overall perspective view from below of a shoulder in the fillet friction stir welding tool shown in FIG. 2. 図2に示した隅肉摩擦攪拌接合用工具の隅肉摩擦攪拌接合を行っている状況の側面方向からの断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory drawing from the side direction of the situation which is performing the fillet friction stir welding of the fillet friction stir welding tool shown in FIG. 本発明の他の実施例に係る摩擦攪拌用工具としての隅肉摩擦攪拌接合用工具を示す側面方向からの断面説明図である。It is sectional explanatory drawing from the side surface which shows the fillet friction stir welding tool as a tool for friction stirring which concerns on the other Example of this invention. 本発明のさらに他の実施例に係る摩擦攪拌用工具としての隅肉摩擦攪拌接合用工具を示す側面方向からの断面説明図である。It is sectional explanatory drawing from the side surface which shows the fillet friction stir welding tool as a tool for friction stirring which concerns on the further another Example of this invention. 本発明のさらに他の実施例に係る摩擦攪拌用工具としての隅肉摩擦攪拌接合用工具のショルダを示す上方からの全体斜視説明図である。It is a whole perspective explanatory view from the top which shows the shoulder of the fillet friction stir welding tool as a friction stir tool according to still another embodiment of the present invention.

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図1〜図4は、本発明に係る摩擦攪拌用工具の一実施例を示しており、この実施例では、本発明に係る摩擦攪拌用工具が摩擦攪拌接合装置に備えられた隅肉摩擦攪拌接合用工具である場合を例に挙げて説明する。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 4 show an embodiment of a friction stir tool according to the present invention. In this embodiment, the fillet friction stirrer in which the friction stir tool according to the present invention is provided in a friction stir welding apparatus is shown. A case of a joining tool will be described as an example.

図1(a),(b)に示すように、この摩擦攪拌接合装置1は、水平架台2と、この水平架台2上に設けられた門型フレーム3と、水平架台2上のX軸方向のレール2aに沿って移動するX軸テーブル4と、門型フレーム3に配置されたZ軸方向のレール3aに沿って昇降するZ軸テーブル5と、このZ軸テーブル5に配置されたY軸方向のレール5aに沿って移動するY軸テーブル6と、このY軸テーブル6にZ軸方向に沿って搭載された主軸ユニット9を備えている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the friction stir welding apparatus 1 includes a horizontal frame 2, a portal frame 3 provided on the horizontal frame 2, and an X-axis direction on the horizontal frame 2. An X-axis table 4 that moves along the rail 2a, a Z-axis table 5 that moves up and down along the Z-axis rail 3a that is arranged on the portal frame 3, and a Y-axis that is arranged on the Z-axis table 5. A Y-axis table 6 that moves along a direction rail 5a, and a spindle unit 9 that is mounted on the Y-axis table 6 along the Z-axis direction.

X軸テーブル4は、ボールねじ機構(送り機構)7xを介して伝えられるモータ8xの出力により移動するものとなっており、X軸テーブル4には、隅肉接合の対象となる被加工部材としての一対の平板状を成す金属部材Wa,Wb(この実施例では、アルミニウム合金の平板)を互いにV字状を成すようにして保持する治具4aが配置されている。
また、Z軸テーブル5及びY軸テーブル6も、ボールねじ機構7z,7yを介して伝えられるモータ8z,8yの出力により移動するものとなっている。
The X-axis table 4 is moved by the output of the motor 8x transmitted through the ball screw mechanism (feeding mechanism) 7x, and the X-axis table 4 is a workpiece to be subjected to fillet joining. A jig 4a for holding a pair of flat metal members Wa and Wb (in this embodiment, an aluminum alloy flat plate) in a V shape is disposed.
The Z-axis table 5 and the Y-axis table 6 are also moved by the outputs of the motors 8z and 8y transmitted via the ball screw mechanisms 7z and 7y.

この摩擦攪拌接合装置1に装備される隅肉摩擦攪拌接合用工具10は、一対の金属部材Wa,Wbを突き合せて形成された内隅部において、一対の金属部材Wa,Wb間に跨って押し当てられた状態で回転する攪拌プローブ20と、この回転する攪拌プローブ20を支持するショルダ30を備えている。攪拌プローブ20は主軸ユニット9の回転駆動軸9aに接続され、ショルダ30は主軸ユニット9の工具ホルダ9bに固定されている。なお、攪拌プローブ20及びショルダ30は、工具鋼、例えば、SKD61から成っている。   The fillet friction stir welding tool 10 equipped in the friction stir welding apparatus 1 has an inner corner formed by abutting a pair of metal members Wa and Wb and straddles between the pair of metal members Wa and Wb. A stirring probe 20 that rotates in a pressed state and a shoulder 30 that supports the rotating stirring probe 20 are provided. The stirring probe 20 is connected to the rotational drive shaft 9 a of the main spindle unit 9, and the shoulder 30 is fixed to the tool holder 9 b of the main spindle unit 9. The stirring probe 20 and the shoulder 30 are made of tool steel, for example, SKD61.

この隅肉摩擦攪拌接合用工具10の攪拌プローブ20は、図2(b)にも示すように、大径円柱部21と、中径円柱部22と、小径円柱部23と、プローブ本体24を有しており、主軸ユニット9の回転駆動軸9aから与えられる回転力で回転して、一対の金属部材Wa,Wb間の内隅部に摩擦熱を付与しつつ軟化した内隅部及びその周辺の流動金属(流動物)を練り混ぜることで、一対の金属部材Wa,Wb同士を一体化させる。なお、攪拌プローブ20の回転数は、500〜1500(rpm)であり、金属部材Wa,Wbの材質や肉厚により変化する。   As shown in FIG. 2B, the stirring probe 20 of the fillet friction stir welding tool 10 includes a large diameter cylindrical portion 21, an intermediate diameter cylindrical portion 22, a small diameter cylindrical portion 23, and a probe main body 24. The inner corner portion that is rotated by the rotational force applied from the rotation drive shaft 9a of the main shaft unit 9 and softened while applying frictional heat to the inner corner portion between the pair of metal members Wa and Wb and its periphery A pair of metal members Wa and Wb are integrated by kneading the fluid metal (fluid). In addition, the rotation speed of the stirring probe 20 is 500-1500 (rpm), and changes with the materials and thickness of the metal members Wa and Wb.

一方、隅肉摩擦攪拌接合用工具10のショルダ30は、図3にも示すように、主軸ユニット9の工具ホルダ9bに図示しないボルトにより装着される平板部31と、この平板部31の工具ホルダ9bとは反対側に突出する円筒部32を具備しており、この円筒部32の中心孔は、回転する攪拌プローブ20の中径円柱部22及び小径円柱部23を支持するプローブ支持孔33として形成されている。   On the other hand, as shown in FIG. 3, the shoulder 30 of the fillet friction stir welding tool 10 includes a flat plate portion 31 that is attached to a tool holder 9 b of the spindle unit 9 by a bolt (not shown), and a tool holder for the flat plate portion 31. The cylindrical portion 32 protrudes on the opposite side of 9b, and the central hole of the cylindrical portion 32 serves as a probe support hole 33 that supports the medium-diameter column portion 22 and the small-diameter column portion 23 of the rotating stirring probe 20. Is formed.

また、このショルダ30の円筒部32には、その先端に向けて互いに接近して互いに交わる一対の成形面34,34が形成されており、この一対の成形面34,34同士が成す角度は、隅肉摩擦攪拌接合を行う際に、内隅部において一対の金属部材Wa,Wbと当接するように設定されている。   In addition, the cylindrical portion 32 of the shoulder 30 is formed with a pair of molding surfaces 34 and 34 that approach each other and intersect each other, and the angle formed by the pair of molding surfaces 34 and 34 is as follows. When performing fillet friction stir welding, the inner corner is set to abut against the pair of metal members Wa and Wb.

このショルダ30は、ボールねじ機構7xを介して伝えられるモータ8xの出力により移動するX軸テーブル4上の一対の金属部材Wa,Wbに対して相対的に摺動する。この摺動の間、一対の金属部材Wa,Wb間の内隅部の図2(a)に仮想線で示す攪拌プローブ20で攪拌されて練り混ざった流動金属を一対の成形面34,34で均して接合部分を成形する。この隅肉摩擦攪拌接合用工具10のショルダ30の摺動速度は、金属部材Wa,Wbの材質や肉厚に加えて金属部材Wa,Wb間のギャップの量により変化する。   The shoulder 30 slides relative to the pair of metal members Wa and Wb on the X-axis table 4 that is moved by the output of the motor 8x transmitted through the ball screw mechanism 7x. During this sliding, the flow metal mixed and mixed by the stirring probe 20 indicated by the phantom line in FIG. 2A at the inner corner between the pair of metal members Wa and Wb is formed on the pair of molding surfaces 34 and 34. Equally form the joint. The sliding speed of the shoulder 30 of the fillet friction stir welding tool 10 varies depending on the amount of the gap between the metal members Wa and Wb in addition to the material and thickness of the metal members Wa and Wb.

この際、ショルダ30の一対の成形面34,34のうちの前方側に位置する部分(図3右側部分)には、攪拌プローブ20で攪拌される流動金属を成形面34,34と金属部材Wa,Wbとの間に導く一対の誘導斜面35,35が配置されている。   At this time, in the portion (the right side portion in FIG. 3) located on the front side of the pair of molding surfaces 34, 34 of the shoulder 30, the flowing metal stirred by the stirring probe 20 is formed with the molding surfaces 34, 34 and the metal member Wa. , Wb, a pair of guide slopes 35, 35 are disposed.

ここで、ショルダ30のプローブ支持孔33及び攪拌プローブ20の小径円柱部23の間の隙間Sは、可能な限り狭くすることが望ましいのは言うまでもないが、如何に狭く設定したとしても、1パスでの接合区間が長距離の場合には、摩擦攪拌を続けるうちにショルダ30のプローブ支持孔33と攪拌プローブ20の小径円柱部23との摺動部分に生じる摩耗で両者間の隙間Sが拡大してしまい、攪拌プローブ20の回転で生じる流動金属の隙間Sへの流入が避けられない。   Here, it goes without saying that the gap S between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the small diameter cylindrical portion 23 of the stirring probe 20 is desirably as narrow as possible. In the case where the joint section is long distance, the gap S between the two is enlarged due to wear generated in the sliding portion between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the small-diameter cylindrical portion 23 of the stirring probe 20 while the friction stirring is continued. Therefore, the flowing metal flowing into the gap S due to the rotation of the stirring probe 20 is unavoidable.

そこで、この実施例において、ショルダ30のプローブ支持孔33及び攪拌プローブ20の小径円柱部23の間の隙間Sに流動金属が流入した場合に、この流動金属の攪拌プローブ20の軸方向に沿うさらなる流動を妨げる流動阻害部を攪拌プローブ20に設けている。   Therefore, in this embodiment, when the flowing metal flows into the gap S between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the small-diameter cylindrical portion 23 of the stirring probe 20, the flowing metal further moves along the axial direction of the stirring probe 20. The agitation probe 20 is provided with a flow inhibition portion that prevents flow.

この流動阻害部は、中径円柱部22と小径円柱部23との境目において、小径円柱部23の付け根の周囲に連続して形成された環状の流動阻害面25である。この実施例において、環状の流動阻害面25は、攪拌プローブ20を略垂直に横切る面に沿って形成されており、この流動阻害面25と小径円柱部23との間(小径円柱部23の付け根)には丸み付加工が連続して施されている。
したがって、この流動阻害面25は、図4に矢印Aで示すように、ショルダ30のプローブ支持孔33及び攪拌プローブ20の小径円柱部23の間の隙間Sから流入する流動金属の流動方向を攪拌プローブ20の軸方向から径方向に変えるべく機能する。
The flow inhibition portion is an annular flow inhibition surface 25 continuously formed around the root of the small diameter cylindrical portion 23 at the boundary between the medium diameter cylindrical portion 22 and the small diameter cylindrical portion 23. In this embodiment, the annular flow-inhibiting surface 25 is formed along a surface that crosses the stirring probe 20 substantially vertically, and between the flow-inhibiting surface 25 and the small-diameter cylindrical portion 23 (the root of the small-diameter cylindrical portion 23). ) Is continuously rounded.
Therefore, the flow-inhibiting surface 25 agitates the flow direction of the flowing metal flowing from the gap S between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the small-diameter cylindrical portion 23 of the agitation probe 20, as indicated by an arrow A in FIG. It functions to change from the axial direction of the probe 20 to the radial direction.

つまり、この流動阻害部は、攪拌プローブ20の軸方向に対して交差する流動阻害面となっていればよく、流動金属の流動方向を径方向に変える上記流動阻害面25に限定されるものではない。例えば、図2(b)に仮想線で示すように、流動金属の流動方向を反転させるすり鉢状の流動阻害面26としてもよい、すなわち、この流動阻害部を小径円柱部23の付け根から中径円柱部22の端面における周縁に向かうにつれて漸次プローブ本体24側に向けて傾斜する環状の面としてもよい。
このような形状の流動阻害面26は、隙間Sから流入して中径円柱部22の端面に到達した流動金属を中径円柱部22の周縁に向かわせつつプローブ本体24側に向けて流すべく機能する。
In other words, the flow inhibition portion only needs to be a flow inhibition surface that intersects the axial direction of the stirring probe 20, and is not limited to the flow inhibition surface 25 that changes the flow direction of the flowing metal to the radial direction. Absent. For example, as shown by phantom lines in FIG. 2 (b), a mortar-shaped flow inhibition surface 26 that reverses the flow direction of the flowing metal may be used. It is good also as an annular surface which inclines toward the probe main body 24 side gradually as it goes to the periphery in the end surface of the cylindrical part 22. FIG.
The flow-inhibiting surface 26 having such a shape is intended to flow the flowing metal that has flowed in from the gap S and reached the end surface of the medium-diameter cylindrical portion 22 toward the probe main body 24 while moving toward the periphery of the intermediate-diameter cylindrical portion 22. Function.

また、この実施例において、ショルダ30のプローブ支持孔33と攪拌プローブ20の小径円柱部23との間に、流動阻害面25によって攪拌プローブ20の軸方向に沿うさらなる流動が遮られた流動金属を溜める円環状の流動物収容部36を設けている。なお、この流動物収容部36は円環状を成すものに限定されることはなく、流動物収容部36が半円環状を成していたりC字状を成していたりしてもよい。   Further, in this embodiment, a flowing metal in which further flow along the axial direction of the stirring probe 20 is blocked by the flow blocking surface 25 between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the small diameter cylindrical portion 23 of the stirring probe 20 is provided. An annular fluid container 36 is provided for storage. The fluid container 36 is not limited to an annular shape, and the fluid container 36 may be semicircular or C-shaped.

加えて、この実施例において、上記流動物収容部36が流動金属で満たされた場合に、この流動物収容部36に溜まった流動金属を排出する流動物排出孔37をショルダ30における円筒部32に設けており、流動物収容部36に溜まった流動金属がショルダ30のプローブ支持孔33と攪拌プローブ20の中径円柱部22との間の隙間S1から主軸ユニット9の工具ホルダ9b側に流出するのを回避するようにしている。   In addition, in this embodiment, when the fluid container 36 is filled with a fluid metal, the fluid discharge hole 37 that discharges the fluid metal accumulated in the fluid container 36 is formed in the cylindrical portion 32 of the shoulder 30. The flowing metal accumulated in the fluid container 36 flows out from the gap S1 between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the medium diameter cylindrical portion 22 of the stirring probe 20 to the tool holder 9b side of the spindle unit 9. I try to avoid doing it.

この流動物排出孔37は、平板部31に対して一対の金属部材Wa,Wbが位置する側(この実施例では円筒部32の付け根部分)で開口しており、流動物収容部36に溜まった流動金属は、流動物収容部36からこの流動物排出孔37を通してショルダ30(摩擦攪拌接合用工具10)の外部に排出されるようになっている。   The fluid discharge hole 37 is open on the side where the pair of metal members Wa and Wb are located with respect to the flat plate portion 31 (in this embodiment, the base portion of the cylindrical portion 32), and is accumulated in the fluid accommodation portion 36. The fluid metal is discharged from the fluid container 36 through the fluid discharge hole 37 to the outside of the shoulder 30 (the friction stir welding tool 10).

また、この実施例において、流動物排出孔37をショルダ30における円筒部32の後方側に位置する部分(図2(b)左側部分)に設けている。つまり、この実施例では、例えば、図4に示すように、ショルダ30と金属部材Wa,Wbとの間に前方側(図2(b)右側)からフィラーワイヤFを供給する場合に、流動金属がショルダ30における円筒部32の後方側に排出されるので、ショルダ30の前方側に位置するフィラーワイヤFの供給機構やフィラーワイヤF自体に流動金属が干渉するのを回避でき、隅肉摩擦攪拌接合をより円滑に行い得ることとなる。   Further, in this embodiment, the fluid discharge hole 37 is provided in a portion (the left portion in FIG. 2B) located on the rear side of the cylindrical portion 32 in the shoulder 30. That is, in this embodiment, for example, as shown in FIG. 4, when the filler wire F is supplied from the front side (right side in FIG. 2B) between the shoulder 30 and the metal members Wa and Wb, the fluid metal Is discharged to the rear side of the cylindrical portion 32 of the shoulder 30, so that it is possible to avoid the flow metal from interfering with the filler wire F supply mechanism and the filler wire F itself located on the front side of the shoulder 30. Joining can be performed more smoothly.

なお、この流動物排出孔37は、必ずしもショルダ30における円筒部32の後方側に位置する部分に設ける必要はなく、排出される流動金属がフィラーワイヤFに干渉しないように供給機構の配置やフィラーワイヤFの供給方向を工夫すれば、ショルダ30における円筒部32の左右側や前方側に位置する部分に設けることができる。また、流動物排出孔37の形状や大きさや個数は、ショルダ30に要求される構造強度を考慮して決定する。   The fluid discharge hole 37 is not necessarily provided in a portion of the shoulder 30 located on the rear side of the cylindrical portion 32, and the arrangement of the supply mechanism and the filler are set so that the discharged flow metal does not interfere with the filler wire F. If the supply direction of the wire F is devised, it can be provided on the left and right sides or the front side of the cylindrical portion 32 of the shoulder 30. Further, the shape, size, and number of the fluid discharge holes 37 are determined in consideration of the structural strength required for the shoulder 30.

図2(b)の符号39はボルト挿通孔であり、主軸ユニット9の工具ホルダ9bにショルダ30の平板部31を装着する際に使用する。   Reference numeral 39 in FIG. 2B denotes a bolt insertion hole, which is used when the flat plate portion 31 of the shoulder 30 is attached to the tool holder 9 b of the spindle unit 9.

この隅肉摩擦攪拌接合用工具10を装備した摩擦攪拌接合装置1では、一対の金属部材Wa,Wbを突き合せて形成された内隅部に隅肉摩擦攪拌接合用工具10の攪拌プローブ20を押し当てた状態で回転駆動軸9aにより回転させる。   In the friction stir welding apparatus 1 equipped with the fillet friction stir welding tool 10, the stirring probe 20 of the fillet friction stir welding tool 10 is attached to an inner corner formed by abutting a pair of metal members Wa and Wb. In the pressed state, it is rotated by the rotary drive shaft 9a.

そして、ボールねじ機構7xを介して伝えられるモータ8xの出力によりX軸テーブル4を移動させて、回転する攪拌プローブ20を支持するショルダ30をX軸テーブル4上の一対の金属部材Wa,Wb間の内隅部に対して相対的に摺動させることで、一対の金属部材Wa,Wb間の内隅部及びその周辺の練り混ざった流動金属を均して接合ビードを形成する。   Then, the X-axis table 4 is moved by the output of the motor 8x transmitted through the ball screw mechanism 7x, and the shoulder 30 supporting the rotating stirring probe 20 is moved between the pair of metal members Wa and Wb on the X-axis table 4. By sliding relatively with respect to the inner corner portion, the fluidized metal mixed in and around the inner corner portion between the pair of metal members Wa and Wb is leveled to form a joining bead.

この際、図4に示すように、白抜き矢印方向に進むショルダ30の一対の誘導斜面35,35によって、図示矢印方向に供給されるフィラーワイヤFを一対の成形面34,34と金属部材Wa,Wbとの間に送り込むようにしてもよい。このフィラーワイヤFには、通常、一対の金属部材Wa,Wbと同じ材質のものが使用されるが、敢えて一対の金属部材Wa,Wbとは異なる種類のフィラーワイヤFを用いてもよい。   At this time, as shown in FIG. 4, the filler wire F supplied in the direction indicated by the pair of guide slopes 35, 35 of the shoulder 30 proceeding in the direction indicated by the hollow arrow causes the pair of molding surfaces 34, 34 and the metal member Wa to be supplied. , Wb. The filler wire F is usually made of the same material as the pair of metal members Wa and Wb, but a different type of filler wire F from the pair of metal members Wa and Wb may be used.

このようにしてショルダ30を摺動させると、攪拌プローブ20の回転で生じる摩擦熱で軟化して練り混ざった流動金属が、やがてショルダ30のプローブ支持孔33と攪拌プローブ20の小径円柱部23との間の隙間Sに流入するようになる。   When the shoulder 30 is slid in this manner, the fluidized metal softened and mixed by the frictional heat generated by the rotation of the stirring probe 20 will eventually become the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the small diameter cylindrical portion 23 of the stirring probe 20. Into the gap S between the two.

このとき、攪拌プローブ20の中径円柱部22と小径円柱部23との境目には流動阻害面25が設けてあるので、隙間Sに流入した流動金属の軸方向に沿うさらなる流動が妨げられることとなる。   At this time, since the flow inhibition surface 25 is provided at the boundary between the medium diameter cylindrical portion 22 and the small diameter cylindrical portion 23 of the stirring probe 20, further flow along the axial direction of the flowing metal flowing into the gap S is prevented. It becomes.

そして、ショルダ30のプローブ支持孔33と攪拌プローブ20の小径円柱部23との間には、流動阻害面25によって攪拌プローブ20の軸方向への流動が遮られた流動金属を溜める流動物収容部36が設けてあるので、この流動物収容部36が隙間Sに流入した流動金属で満たされるまでは、この流動金属がショルダ30のプローブ支持孔33と攪拌プローブ20の中径円柱部22との間の隙間S1から主軸ユニット9の工具ホルダ9b側に流出するのが回避されることとなる。   And between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the small diameter cylindrical part 23 of the stirring probe 20, a fluid container for storing a fluid metal in which the flow in the axial direction of the stirring probe 20 is blocked by the flow blocking surface 25. 36 is provided, until the fluid container 36 is filled with the fluidized metal that has flowed into the gap S, the fluidized metal is formed between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the medium-diameter cylindrical portion 22 of the stirring probe 20. Outflow from the gap S1 to the tool holder 9b side of the spindle unit 9 is avoided.

隅肉摩擦攪拌接合用工具10のショルダ30を摺動させて摩擦攪拌接合をさらに続けると、上記流動物収容部36が流動金属で満たされた状態になるが、ショルダ30における円筒部32には、流動物収容部36に溜まった流動金属を排出する流動物排出孔37を設けているので、流動物収容部36に溜まった流動金属がショルダ30のプローブ支持孔33と攪拌プローブ20の中径円柱部22との間の隙間S1から主軸ユニット9の工具ホルダ9b側に流出するのが阻止され、その結果、流動金属が回転駆動軸9aに悪影響を及ぼすことが回避されることとなる。   When the shoulder 30 of the fillet friction stir welding tool 10 is slid to further continue the friction stir welding, the fluid container 36 is filled with the fluid metal, but the cylindrical portion 32 of the shoulder 30 includes Since the fluid discharge hole 37 for discharging the fluid metal accumulated in the fluid accommodation part 36 is provided, the fluid metal accumulated in the fluid accommodation part 36 is the medium diameter of the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the stirring probe 20. Outflow from the gap S1 between the cylindrical portion 22 to the tool holder 9b side of the spindle unit 9 is prevented, and as a result, it is avoided that the flowing metal adversely affects the rotary drive shaft 9a.

また、流動物収容部36に溜まった流動金属を流動物排出孔37から排出するようにしているので、流動物収容部36への流動金属の流入を外部から確認し得ることとなる。   Further, since the fluid metal accumulated in the fluid container 36 is discharged from the fluid discharge hole 37, the inflow of the fluid metal into the fluid container 36 can be confirmed from the outside.

このように、この実施例に係る隅肉摩擦攪拌接合用工具10及びこの隅肉摩擦攪拌接合用工具10を装備した摩擦攪拌接合装置1では、ショルダ30のプローブ支持孔33と攪拌プローブ20の小径円柱部23との間の隙間Sに流入する流動金属の流動をコントロールすることで、ショルダ30及び攪拌プローブ20を頻繁に清掃または交換しなくても、摩擦熱で軟化して練り混ざった流動金属が攪拌プローブ20の回転駆動軸9aに及ぼす悪影響を少なく抑え得ることとなる。   Thus, in the fillet friction stir welding tool 10 and the friction stir welding apparatus 1 equipped with the fillet friction stir welding tool 10 according to this embodiment, the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the small diameter of the stirring probe 20 are used. By controlling the flow of the flowing metal flowing into the gap S between the cylindrical portion 23, the flowing metal softened and mixed by frictional heat without frequently cleaning or replacing the shoulder 30 and the stirring probe 20 Can suppress the adverse effect of the stirring probe 20 on the rotational drive shaft 9a.

ここで、流動金属が攪拌プローブ20の回転駆動軸9aに悪影響を及ぼし始める時期がショルダ30及び攪拌プローブ20の清掃タイミングであるが、この実施例に係る隅肉摩擦攪拌接合用工具10及びこの隅肉摩擦攪拌接合用工具10を装備した摩擦攪拌接合装置1では、ショルダ30及び攪拌プローブ20を清掃せずに長期間にわたって摩擦攪拌接合を行い得るので、1パスでの接合可能区間の長距離化が実現することとなる。
また、ショルダ30のプローブ支持孔33と攪拌プローブ20との摺動部分に生じる摩耗で両者間の隙間が拡大してしまったときがショルダ30及び攪拌プローブ20の交換タイミングであるが、この実施例では、ショルダ30及び攪拌プローブ20を交換せずに摩擦攪拌接合を行い得る期間が長期に亘るので、工具の長寿命化も実現することとなる。
Here, the timing at which the flowing metal begins to adversely affect the rotational drive shaft 9a of the stirring probe 20 is the cleaning timing of the shoulder 30 and the stirring probe 20. The fillet friction stir welding tool 10 according to this embodiment and the corner In the friction stir welding apparatus 1 equipped with the meat friction stir welding tool 10, the friction stir welding can be performed over a long period without cleaning the shoulder 30 and the stirring probe 20. Will be realized.
Further, when the gap between the two is enlarged due to wear generated in the sliding portion between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the stirring probe 20, the replacement timing of the shoulder 30 and the stirring probe 20 is shown. Then, since the period during which friction stir welding can be performed without exchanging the shoulder 30 and the stirring probe 20 is long, the tool life is also increased.

図5は、本発明の他の実施例に係る摩擦攪拌用工具を示しており、この実施例でも、本発明に係る摩擦攪拌用工具が隅肉摩擦攪拌接合用工具である場合を例に挙げて説明する。   FIG. 5 shows a friction stir tool according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the friction stir tool according to the present invention is a fillet friction stir welding tool as an example. I will explain.

図5に示すように、この隅肉摩擦攪拌接合用工具10Aのショルダ30Aが先の実施例における隅肉摩擦攪拌接合用工具10のショルダ30と相違するところは、流動物排出孔37を介して流動金属を溜める拡張収容部38を流動物収容部36に連続して設けた点にあり、他の構成は先の実施例における隅肉摩擦攪拌接合用工具10のショルダ30と同じである。   As shown in FIG. 5, the shoulder 30 </ b> A of the fillet friction stir welding tool 10 </ b> A is different from the shoulder 30 of the fillet friction stir welding tool 10 in the previous embodiment through a fluid discharge hole 37. The expansion accommodating part 38 which accumulate | stores a fluid metal exists in the point which provided continuously in the fluid accommodating part 36, and another structure is the same as the shoulder 30 of the fillet friction stir welding tool 10 in a previous Example.

この隅肉摩擦攪拌接合用工具10Aでは、拡張収容部38にも流動金属を溜めることができるので、その分だけ多くの流動金属をショルダ30Aの内部に溜めることができる。したがって、この実施例においても、ショルダ30Aのプローブ支持孔33と攪拌プローブ20の小径円柱部23との間の隙間Sに流動金属が流入するのを効果的に抑制し得ることとなる。
なお、図5に示す形態において、流動物収容部36及び拡張収容部38の少なくともいずれか一方に、上記流動物排出孔37とは別に流動物排出孔を設けて、流動物収容部36及び拡張収容部38のいずれか一方或いは双方からショルダ30Aの外部に流動金属を排出するようにしてもよい。
In this fillet friction stir welding tool 10A, fluid metal can be stored also in the extended accommodating portion 38, so that much fluid metal can be stored in the shoulder 30A. Therefore, also in this embodiment, it is possible to effectively suppress the flowing metal from flowing into the gap S between the probe support hole 33 of the shoulder 30A and the small diameter cylindrical portion 23 of the stirring probe 20.
In the form shown in FIG. 5, a fluid discharge hole is provided in at least one of the fluid storage part 36 and the expansion storage part 38 separately from the fluid discharge hole 37, so that the fluid storage part 36 and the extension are provided. The flowing metal may be discharged to the outside of the shoulder 30A from one or both of the accommodating portions 38.

図6は、本発明のさらに他の実施例に係る摩擦攪拌用工具を示しており、この実施例でも、本発明に係る摩擦攪拌用工具が隅肉摩擦攪拌接合用工具である場合を例に挙げて説明する。   FIG. 6 shows a friction stir tool according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, the friction stir tool according to the present invention is a fillet friction stir welding tool as an example. I will give you a description.

図6に示すように、この隅肉摩擦攪拌接合用工具10Bが先の実施例における隅肉摩擦攪拌接合用工具10と相違するところは、ショルダ30Bのプローブ支持孔33Bと攪拌プローブ20Bの中径円柱部22Bとの間の隙間S1Bを可能な限り狭く設定したうえで、攪拌プローブ20Bの大径円柱部21Bに流動阻害面25とは別の流動阻害面25Bを設けていると共に、ショルダ30Bのプローブ支持孔33Bと攪拌プローブ20Bの中径円柱部22Bとの間に流動物収容部36とは別の流動物収容部36Bを設けた点にある。   As shown in FIG. 6, this fillet friction stir welding tool 10B is different from the fillet friction stir welding tool 10 in the previous embodiment in that the probe support hole 33B of the shoulder 30B and the medium diameter of the stirring probe 20B are different. After setting the gap S1B between the cylindrical portion 22B as narrow as possible, the large-diameter cylindrical portion 21B of the stirring probe 20B is provided with a flow blocking surface 25B different from the flow blocking surface 25, and the shoulder 30B This is in that a fluid accommodation part 36B different from the fluid accommodation part 36 is provided between the probe support hole 33B and the medium diameter cylindrical part 22B of the stirring probe 20B.

すなわち、攪拌プローブ20の流動阻害面25と、ショルダ30のプローブ支持孔33及び攪拌プローブ20の小径円柱部23の間の流動物収容部36とから成る組み合わせを二組備えた点にあり、他の構成は先の実施例における隅肉摩擦攪拌接合用工具10と同じである。   In other words, there are two combinations of the flow inhibition surface 25 of the stirring probe 20, the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the fluid containing portion 36 between the small diameter cylindrical portion 23 of the stirring probe 20, Is the same as the fillet friction stir welding tool 10 in the previous embodiment.

この隅肉摩擦攪拌接合用工具10Bでは、1パスでの接合区間が長距離の場合において、流動物排出孔37から排出しきれない流動物収容部36に溜まった流動金属が、ショルダ30Bのプローブ支持孔33Bと攪拌プローブ20Bの中径円柱部22Bとの間の隙間S1Bに流入したとしても、隙間S1Bに流入した流動金属の軸方向に沿うさらなる流動が妨げられるうえ、流動物収容部36Bに再び溜まることになるので、この流動物収容部36Bが流動金属で満たされるまでは、流動金属が主軸ユニット9の工具ホルダ9b側に流出するのが回避されることとなる。   In this fillet friction stir welding tool 10B, when the joining section in one pass is a long distance, the fluid metal accumulated in the fluid container 36 that cannot be completely discharged from the fluid discharge hole 37 is the probe of the shoulder 30B. Even if it flows into the gap S1B between the support hole 33B and the middle diameter cylindrical portion 22B of the stirring probe 20B, further flow along the axial direction of the flowing metal flowing into the gap S1B is hindered, and the fluid container 36B Since it will accumulate again, it will be avoided that a fluid metal flows out to the tool holder 9b side of the spindle unit 9 until this fluid accommodating part 36B is filled with a fluid metal.

なお、この実施例では、流動物収容部36にのみ流動物排出孔37を連続して形成しているが、これに限定されるものではなく、流動物収容部36Bにも流動物排出孔37を連続して形成してもよい。   In this embodiment, the fluid discharge hole 37 is continuously formed only in the fluid storage part 36, but the present invention is not limited to this, and the fluid discharge hole 37 is also provided in the fluid storage part 36B. May be formed continuously.

また、攪拌プローブ20の流動阻害面25とショルダ30の流動物収容部36とから成る組み合わせの数は、三組以上の複数組であってもよく、例えば、流動物収容部36Bのさらに上方(回転駆動軸9a側)に流動阻害面及び流動物収容部を設けてもよい。すなわち、攪拌プローブ20Bの軸方向に沿って複数の流動阻害面(流動物収容部)を並べて設けてもよい。   Further, the number of combinations of the flow inhibition surface 25 of the stirring probe 20 and the fluid accommodation part 36 of the shoulder 30 may be three or more, for example, further above the fluid accommodation part 36B ( You may provide a flow obstruction surface and a fluid accommodating part in the rotation drive shaft 9a side. That is, a plurality of flow-inhibiting surfaces (fluid containing portions) may be provided side by side along the axial direction of the stirring probe 20B.

さらに、図6に示すように、この実施例では、流動物収容部36の上方(回転駆動軸9a側)に位置する流動物収容部36Bの方が流動物収容部36よりも径が大きく、平面視において、流動物収容部36Bが流動物収容部36を囲むようにして配置されており、このように、上方(回転駆動軸9a側)に位置する流動物収容部ほど径が大きくなるように形成してもよい。   Furthermore, as shown in FIG. 6, in this embodiment, the fluid container 36B located above the fluid container 36 (on the rotation drive shaft 9a side) has a larger diameter than the fluid container 36, In plan view, the fluid accommodation part 36B is arranged so as to surround the fluid accommodation part 36, and is formed so that the diameter of the fluid accommodation part located above (rotation drive shaft 9a side) becomes larger. May be.

さらにまた、攪拌プローブ20Bの軸方向に沿って複数の流動物収容部を並べて設ける場合には、この実施例のように流動物収容部36にのみ流動物排出孔37を設けたり、流動物収容部36以外の流動物収容部のうちの少なくともいずれか一つの流動物収容部にも流動物排出孔37を設けたり、複数の流動物収容部のすべてに流動物排出孔37を設けたりしてもよい。   Furthermore, when a plurality of fluid storage portions are provided side by side along the axial direction of the stirring probe 20B, a fluid discharge hole 37 is provided only in the fluid storage portion 36 as in this embodiment, or a fluid storage portion is provided. A fluid discharge hole 37 is provided in at least one of the fluid storage parts other than the part 36, or a fluid discharge hole 37 is provided in all of the plurality of fluid storage parts. Also good.

図7は、本発明のさらに他の実施例に係る摩擦攪拌用工具のショルダを示しており、この実施例でも、本発明に係る摩擦攪拌用工具が隅肉摩擦攪拌接合用工具である場合を例に挙げて説明する。   FIG. 7 shows a shoulder of a friction stir tool according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment as well, the friction stir tool according to the present invention is a fillet friction stir welding tool. An example will be described.

図7に示すように、このショルダ30Cが先の実施例における隅肉摩擦攪拌接合用工具10のショルダ30と相違するところは、流動物収容部36C内に、流動金属のプローブ支持孔33B回りの流動を案内して流動物排出孔37に導くガイド41,42を設けた点にあり、他の構成は先の実施例におけるショルダ30と同じである。   As shown in FIG. 7, the shoulder 30C is different from the shoulder 30 of the fillet friction stir welding tool 10 in the previous embodiment in the fluid containing portion 36C around the probe support hole 33B for the fluid metal. Guides 41 and 42 for guiding the flow to the fluid discharge hole 37 are provided, and the other configuration is the same as the shoulder 30 in the previous embodiment.

この場合、ガイド41は、流動物排出孔37に隣接して配置されたブロック状を成すものである。一方、ガイド42は、流動物収容部36Cの底面36a上に形成された湾曲状を成す隆起条であり、プローブ支持孔33Bの回りに等間隔で複数配置されていて、これらの湾曲状を成すガイド42は、プローブ回転方向(図7に矢印で示す方向)に進むに従って流動金属を中心から遠心側に向かわせるように配置されている。   In this case, the guide 41 has a block shape arranged adjacent to the fluid discharge hole 37. On the other hand, the guides 42 are ridges having a curved shape formed on the bottom surface 36a of the fluid container 36C, and a plurality of guides 42 are arranged at equal intervals around the probe support hole 33B, and the curved shapes are formed. The guide 42 is arranged so that the flowing metal is directed from the center toward the centrifugal side as it proceeds in the probe rotation direction (the direction indicated by the arrow in FIG. 7).

つまり、流動金属は、図示しない攪拌プローブの回転に伴って複数のガイド42に案内されて漸次遠心側に移動し、遠心側で且つ流動物排出孔37に到達した時点でブロック状のガイド41によって流動物排出孔37に誘導される、すなわち、流動金属は、円滑に流動物排出孔37に誘導されるようになっている。   That is, the flowing metal is guided by the plurality of guides 42 as the stirring probe (not shown) rotates and gradually moves to the centrifugal side, and reaches the fluid discharge hole 37 on the centrifugal side by the block-shaped guide 41. It is guided to the fluid discharge hole 37, that is, the fluid metal is smoothly guided to the fluid discharge hole 37.

したがって、このショルダ30Cでは、流動物収容部36Cに溜まる流動金属の流動物排出孔37からの排出を促進し得ることとなる。   Therefore, in the shoulder 30C, the discharge of the fluid metal accumulated in the fluid container 36C from the fluid discharge hole 37 can be promoted.

なお、ガイド41,42は、いずれもこの実施例の形状に限定されるものではなく、例えば、プローブ支持孔33Bの回りに配置されるガイド42は、流動物収容部36Cの底面36aに形成された湾曲状の溝であったり、湾曲状の段差であったりしてもよく、隣接するガイド42同士の間隔は、必ずしも等間隔に限定しない。   The guides 41 and 42 are not limited to the shape of this embodiment. For example, the guide 42 disposed around the probe support hole 33B is formed on the bottom surface 36a of the fluid container 36C. It may be a curved groove or a curved step, and the interval between adjacent guides 42 is not necessarily limited to an equal interval.

上記した実施例では、本発明に係る摩擦攪拌用工具が隅肉摩擦攪拌接合用の工具である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、突き合わせ部や重ね合わせ部に対して摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌接合用の工具であってもよく、この際、突き合わせ部や重ね合わせ部において、接合部分は線接合のみならず点接合や面接合であってもよい。   In the above-described embodiment, the case where the friction stir tool according to the present invention is a fillet friction stir welding tool has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. A friction stir welding tool that performs friction stir welding on the mating portion may be used. At this time, in the butting portion or the overlapping portion, the joining portion may be not only line joining but also point joining or surface joining. Good.

また、上記した実施例では、本発明に係る摩擦攪拌用工具が隅肉摩擦攪拌接合用工具である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、本発明に係る摩擦攪拌用工具を材料の熱加工処理用工具として、摩擦攪拌プロセスに用いてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the friction stir tool according to the present invention is a fillet friction stir welding tool has been described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and the friction stirrer according to the present invention is not limited thereto. The stirring tool may be used in the friction stirring process as a tool for thermal processing of materials.

さらに、上記した実施例では、本発明に係る摩擦攪拌用工具がショルダ固定型である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、攪拌プローブ及びショルダが別々に動作する複動型摩擦攪拌用工具であってもよい。
ここで、攪拌プローブ及びショルダが別々に回転する複動型摩擦攪拌用工具の場合、攪拌プローブ及びショルダ間の相対的な回転速度の差や軸方向の動きの差があるので、ショルダ固定型摩擦攪拌用工具と比べて、ショルダのプローブ支持孔と攪拌プローブとの摺動部分に生じる摩耗で両者間の隙間が拡大し易くなることがある。しかしながら、本発明に係る摩擦攪拌用工具を採用することで、ショルダ及び攪拌プローブを頻繁に清掃または交換しなくても、流動金属が攪拌プローブの回転駆動軸に及ぼす悪影響を少なく抑え得ることとなり、したがって、複動型摩擦攪拌用工具にとっても、本発明が有効な発明であると言える。
Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the friction stir tool according to the present invention is a shoulder fixed type has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the stirring probe and the shoulder operate separately. It may be a double-action friction stir tool.
Here, in the case of a double-acting type friction stir tool in which the stirring probe and the shoulder rotate separately, there is a difference in relative rotational speed and axial movement between the stirring probe and the shoulder. Compared with the stirring tool, the gap between the two may be easily enlarged due to wear generated in the sliding portion between the probe support hole of the shoulder and the stirring probe. However, by employing the friction stir tool according to the present invention, it is possible to suppress the adverse effect of the flowing metal on the rotation drive shaft of the stirring probe, without frequently cleaning or replacing the shoulder and the stirring probe. Therefore, it can be said that the present invention is also effective for a double-acting friction stir tool.

さらにまた、上記した実施例では、本発明に係る摩擦攪拌用工具が採用される被加工部材が金属である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、被加工部材がプラスチックなどの合成樹脂であってもよい。塑性流動挙動を示し摩擦攪拌が可能な材料であれば種類を問わない。   Furthermore, in the above-described embodiment, the case where the workpiece to which the friction stir tool according to the present invention is employed is a metal is described as an example, but the present invention is not limited to this, and the workpiece is not limited thereto. May be a synthetic resin such as plastic. Any material can be used as long as it exhibits plastic flow behavior and can be frictionally stirred.

上記した実施例では、流動物収容部36に溜まった流動金属を流動物収容部36(拡張収容部38)から流動物排出孔37を通してショルダ30(摩擦攪拌接合用工具10)の一対の金属部材Wa,Wbが位置する外部に排出する場合を例に挙げて説明したが、流動物排出孔37は必ずしも備えている必要はない。   In the embodiment described above, the pair of metal members of the shoulder 30 (the friction stir welding tool 10) passes through the fluid discharge hole 37 from the fluid container 36 (expansion container 38) to the fluid metal accumulated in the fluid container 36. The case of discharging to the outside where Wa and Wb are located has been described as an example, but the fluid discharge hole 37 is not necessarily provided.

何故なら、流動物収容部36の容積を十分に大きくすれば、この流動物収容部36に多くの流動金属を溜めることができ、流動物排出孔37を通してショルダ30の外部に流動金属を排出させなくても、ショルダ30のプローブ支持孔33と攪拌プローブ20の小径円柱部23との間の隙間Sに流動金属が流入するのを抑制し得るからである。   This is because if the volume of the fluid container 36 is made sufficiently large, a large amount of fluid metal can be stored in the fluid container 36, and the fluid metal can be discharged outside the shoulder 30 through the fluid discharge hole 37. Even if it is not, it is possible to suppress the flowing metal from flowing into the gap S between the probe support hole 33 of the shoulder 30 and the small diameter cylindrical portion 23 of the stirring probe 20.

本発明に係る摩擦攪拌用工具及び摩擦攪拌用工具を有する摩擦攪拌接合装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。   The configuration of the friction stir welding apparatus including the friction stir tool and the friction stir tool according to the present invention is not limited to the configuration of the above-described embodiment.

1 摩擦攪拌接合装置
7x ボールねじ機構(送り機構)
9a 回転駆動軸
10,10A,10B 隅肉摩擦攪拌接合用工具(摩擦攪拌用工具)
20,20A,20B 攪拌プローブ
25,25B、26 流動阻害面(流動阻害部)
30,30A,30B,30C ショルダ
33,33B プローブ支持孔
36,36B,36C 流動物収容部
37 流動物排出孔
38 拡張収容部
41,42 ガイド
S,S1,S1B 隙間
Wa,Wb 一対の金属部材(被加工部材)
1 Friction stir welding device 7x Ball screw mechanism (feed mechanism)
9a Rotary drive shaft 10, 10A, 10B Fillet friction stir welding tool (friction stir tool)
20, 20A, 20B Stirring probe 25, 25B, 26 Flow inhibition surface (flow inhibition part)
30, 30A, 30B, 30C Shoulder 33, 33B Probe support hole 36, 36B, 36C Fluid container 37 Fluid discharge hole 38 Expanded container 41, 42 Guide S, S1, S1B Gap Wa, Wb A pair of metal members ( Workpiece)

Claims (9)

被加工部材を摩擦攪拌する摩擦攪拌用工具であって、
前記被加工部材に押し当てられた状態で回転して摩擦熱を付与しつつ軟化した前記被加工部材の流動物を攪拌する攪拌プローブと、
前記攪拌プローブが貫通するプローブ支持孔を有し、該プローブ支持孔で回転する前記攪拌プローブを支持しつつ前記被加工部材上を摺動するショルダを備え、
前記攪拌プローブには、前記ショルダの前記プローブ支持孔及び該攪拌プローブの間の隙間に前記流動物が流入した場合に、該流動物の前記攪拌プローブの軸方向に沿ったさらなる流動を妨げる流動阻害部が設けられている摩擦攪拌用工具。
A friction stir tool that friction stirs a workpiece,
A stirring probe that stirs the fluid of the workpiece to be softened while rotating and imparting frictional heat while being pressed against the workpiece;
A probe support hole through which the agitation probe passes, and a shoulder that slides on the workpiece while supporting the agitation probe rotating in the probe support hole;
The stirrer probe has a flow inhibition that prevents further flow of the fluid along the axial direction of the stirrer probe when the fluid flows into the gap between the probe support hole of the shoulder and the stirrer probe. A friction stir tool provided with a portion.
前記流動阻害部は、前記ショルダの前記プローブ支持孔及び該攪拌プローブの間の隙間から流入する前記流動物の流動方向を前記攪拌プローブの軸方向から径方向に変える乃至は反転させる流動阻害面である請求項1に記載の摩擦攪拌用工具。   The flow inhibition part is a flow inhibition surface that changes or reverses the flow direction of the fluid flowing in from the gap between the probe support hole of the shoulder and the stirring probe from the axial direction of the stirring probe to the radial direction. The friction stir tool according to claim 1. 前記流動阻害部は、前記攪拌プローブの軸方向に対して交差する流動阻害面である請求項1又は2に記載の摩擦攪拌用工具。   The friction stirrer tool according to claim 1 or 2, wherein the flow inhibition part is a flow inhibition surface intersecting with an axial direction of the agitation probe. 前記ショルダのプローブ支持孔と前記攪拌プローブとの間には、前記流動阻害部によって前記攪拌プローブの軸方向に沿ったさらなる流動が遮られた前記流動物を溜める流動物収容部が設けられている請求項1〜3のいずれか一つの項に記載の摩擦攪拌用工具。   Between the probe support hole of the shoulder and the agitation probe, there is provided a fluid accommodating part for collecting the fluid that is blocked from further flow along the axial direction of the agitation probe by the flow inhibition part. The friction stir tool according to any one of claims 1 to 3. 前記ショルダには、前記流動物収容部に溜まった前記流動物を排出する流動物排出孔が設けられている請求項4に記載の摩擦攪拌用工具。   The friction stir tool according to claim 4, wherein the shoulder is provided with a fluid discharge hole for discharging the fluid accumulated in the fluid container. 前記ショルダには、前記流動物を溜める拡張収容部が前記流動物収容部に連続して設けられている請求項4又は5に記載の摩擦攪拌用工具。   The friction stirrer tool according to claim 4 or 5, wherein the shoulder is provided with an extended accommodating portion for accumulating the fluid in a continuous manner with the fluid accommodating portion. 前記攪拌プローブの前記流動阻害部と、前記ショルダのプローブ支持孔及び前記攪拌プローブ間の前記流動物収容部とから成る組み合わせが、複数組備えられている請求項4〜6のいずれか一つの項に記載の摩擦攪拌用工具。   The combination of the flow inhibition part of the stirring probe, the probe support hole of the shoulder, and the fluid storage part between the stirring probes is provided in a plurality of sets. The friction stir tool described in 1. 前記ショルダには、前記流動物収容部内における前記流動物の前記攪拌プローブ回りの流動を案内して前記流動物排出孔に導くガイドが設けられている請求項5に記載の摩擦攪拌用工具。   The friction stir tool according to claim 5, wherein the shoulder is provided with a guide for guiding the flow of the fluid around the agitation probe in the fluid accommodating portion to guide the fluid to the fluid discharge hole. 一対の被加工部材を突き合せて摩擦攪拌接合を行う摩擦攪拌接合装置であって、
請求項1〜8のいずれかに記載の摩擦攪拌用工具と、
前記摩擦攪拌用工具の前記攪拌プローブを前記一対の被加工部材の突き合せ部に押し当てた状態で回転させる回転駆動軸と、
前記回転駆動軸により回転する前記攪拌プローブを支持する前記摩擦攪拌用工具の前記ショルダを前記一対の被加工部材の突き合せ部に沿って摺動させる送り機構を備えた摩擦攪拌接合装置。
A friction stir welding apparatus that performs friction stir welding by butting a pair of workpieces,
The friction stir tool according to any one of claims 1 to 8,
A rotary drive shaft that rotates the stirring probe of the friction stirring tool in a state of pressing against the butted portion of the pair of workpieces;
A friction stir welding apparatus provided with a feed mechanism for sliding the shoulder of the friction stir tool supporting the stirring probe rotated by the rotation drive shaft along the butted portions of the pair of workpieces.
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