JP2018001178A - Tool for friction stirring and friction stirring bonding device having tool for friction stirring - Google Patents
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Abstract
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
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.
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
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.
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
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
The Z-axis table 5 and the Y-axis table 6 are also moved by the outputs of the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Therefore, the flow-inhibiting
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
The flow-inhibiting
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
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
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
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
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
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Further, when the gap between the two is enlarged due to wear generated in the sliding portion between the
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
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
In the form shown in FIG. 5, a fluid discharge hole is provided in at least one of the
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
9a
20, 20A,
30, 30A, 30B,
Claims (9)
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.
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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