JP2020163444A - 摩擦撹拌接合用工具 - Google Patents

摩擦撹拌接合用工具 Download PDF

Info

Publication number
JP2020163444A
JP2020163444A JP2019067735A JP2019067735A JP2020163444A JP 2020163444 A JP2020163444 A JP 2020163444A JP 2019067735 A JP2019067735 A JP 2019067735A JP 2019067735 A JP2019067735 A JP 2019067735A JP 2020163444 A JP2020163444 A JP 2020163444A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tip
probe
friction stir
outer peripheral
stir welding
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019067735A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7110150B2 (ja
Inventor
佳佑 蔦
Keisuke Tsuta
佳佑 蔦
佐山 満
Mitsuru Sayama
満 佐山
章嘉 宮脇
Akiyoshi Miyawaki
章嘉 宮脇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2019067735A priority Critical patent/JP7110150B2/ja
Priority to US16/832,908 priority patent/US11305376B2/en
Priority to CN202010232090.2A priority patent/CN111745283B/zh
Publication of JP2020163444A publication Critical patent/JP2020163444A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7110150B2 publication Critical patent/JP7110150B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • B23K20/125Rotary tool drive mechanism
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding
    • B23K20/122Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding
    • B23K20/1245Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding using a non-consumable tool, e.g. friction stir welding characterised by the apparatus
    • B23K20/1255Tools therefor, e.g. characterised by the shape of the probe

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

【課題】ワークの切削速度を高めつつ良好な接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合用工具を提供する。【解決手段】摩擦撹拌接合用工具10は、先端面38a及び外周面38bを有するプローブ38を備え、外周面38bには、先端面38aまで延在した外周凹部40が形成されている。摩擦撹拌接合用工具10は、回転軸Axを中心にプローブ38を回転させた状態でワークW内に埋設させることによりワークWを接合する。先端面38aには、外周凹部40に連通しないように外周面38bまで延在した先端凹部48が形成されている。【選択図】図2

Description

本発明は、先端面及び外周面を有するプローブを備え、回転軸を中心に前記プローブを回転させた状態でワーク内に埋設させることにより前記ワークを接合する摩擦撹拌接合用工具に関する。
特許文献1の図9には、プローブの外周面に外周凹部を形成した摩擦撹拌接合用工具が開示されている。この外周凹部は、プローブの先端面までプローブの回転軸に沿って延在している。
特開2008−307606号公報(図9、[0007])
上述した摩擦撹拌接合用工具では、ワークのうちプローブの摩擦熱によって軟化した軟化材料をプローブの側方から外周凹部内に取り込みプローブの先端側に塑性流動させることができる。しかしながら、外周凹部だけでは、十分な量の軟化材料をプローブの先端側に塑性流動させることができず、良好な接合品質を得ることができないことがある。
また、プローブの先端面に外周凹部の先端縁部を形成するエッジのみが形成されているため、プローブの先端のエッジによってワークを効果的に切削することができない。
本発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、ワークの切削速度を高めつつ良好な接合品質を得ることができる摩擦撹拌接合用工具を提供することを目的とする。
本発明の一態様は、先端面及び外周面を有するプローブを備え、前記外周面には、前記先端面まで延在した外周凹部が形成され、回転軸を中心に前記プローブを回転させた状態でワーク内に埋設させることにより前記ワークを接合する摩擦撹拌接合用工具であって、前記先端面には、前記外周凹部に連通しないように前記外周面まで延在した先端凹部が形成されている、摩擦撹拌接合用工具である。
本発明によれば、プローブの先端面に外周凹部に連通しない先端凹部を形成しているため、先端凹部のエッジによってワークを切削することができる。これにより、ワークの切削速度を高めることができる。また、先端凹部がプローブの外周面まで延在しているため、プローブの外方の軟化材料を外周凹部によってプローブの中央(回転軸)側に塑性流動させることができる。よって、プローブの先端側で軟化材料を効果的に撹拌することができるため、良好な接合品質を得ることができる。
本発明の一実施形態に係る摩擦撹拌接合用工具を備えた摩擦撹拌接合システムの概略全体構成図である。 摩擦撹拌接合用工具の部分斜視図である。 図3Aは、図2の摩擦撹拌接合用工具の側面図であり、図3Bは、図2の摩擦撹拌接合用工具を先端方向から見た図である。 図2に示す摩擦撹拌接合用工具を用いた重ね接合の斜視説明図である。 図4の重ね接合の断面説明図である。 図6Aは、第1変形例に係るプローブを備えた摩擦撹拌接合用工具を先端方向から見た図であり、図6Bは、第2変形例に係るプローブを備えた摩擦撹拌接合用工具を先端方向から見た図である。 第3変形例に係るプローブを備えた摩擦撹拌接合用工具を先端方向から見た図である。
以下、本発明に係る摩擦撹拌接合用工具について、摩擦撹拌接合システムとの関係において好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照しながら説明する。
図1に示すように、摩擦撹拌接合システム12は、摩擦撹拌接合用工具10(以下、「接合用工具10」ということがある。)を回転させながらワークWに押し付けることにより、ワークWに対して摩擦撹拌接合(FSW:Friction Stir Welding)を行うものである。
ワークWは、例えば、板状の第1部材100と板状の第2部材102とを有する。ワークWは、第1部材100と第2部材102とが互いに重ねられた状態で固定台13に固定される。
第1部材100及び第2部材102のそれぞれは、例えば、アルミニウム、マグネシウム、銅、鉄、チタン、又はこれらの合金等の金属材料により構成される。第1部材100及び第2部材102は、互いに同一の材料で構成されてもよいし、互いに異なる材料で構成されてもよい。なお、第1部材100及び第2部材102の少なくともいずれかは、樹脂材料により構成されてもよい。第1部材100及び第2部材102の大きさ及び形状は適宜設定される。
摩擦撹拌接合システム12は、産業用の多関節型のロボット14と、ロボット14のロボットアーム14aの先端に接続部16を介して設けられた接合装置本体18と、接合装置本体18に着脱可能な接合用工具10と、システム全体を統括的に制御する制御部20とを備える。
ロボット14は、ワークWに対する接合装置本体18の位置及び姿勢を調整することにより、接合用工具10をワークWに対して相対的に移動させる。具体的に、ワークWに対して線接合を行う場合、ロボット14は、接合用工具10がワークWに対して接合方向(図4の矢印F方向)に移動するように接合装置本体18の位置及び姿勢を調整する。つまり、ロボット14は、接合用工具10の移動手段及び傾動手段として機能する。
接合装置本体18は、C字状の支持アーム22と、支持アーム22の一端部に設けられた駆動ユニット24と、駆動ユニット24に設けられて接合用工具10をクランプするチャック部26と、支持アーム22の他端部に設けられた受け部材27とを含む。
駆動ユニット24は、チャック部26に装着された接合用工具10を所定の回転方向(図2の矢印R方向)に回転させるための回転用モータ28と、接合用工具10を回転軸Ax方向(図2の矢印B方向)に進退させるためのアクチュエータ30とを有する。受け部材27は、ワークWに対して摩擦撹拌接合を行う際に、チャック部26(接合用工具10)のワークWを挟んだ反対側に位置する。受け部材27は、接合用工具10からワークWに作用する押圧力(加圧力)を受ける。
接合用工具10は、概略円筒状のホルダ32と、ホルダ32に着脱可能なツール34とを備える。ホルダ32の基端部は、チャック部26にクランプされる。ホルダ32の先端部には、ツール34がホルダ32と同軸に取り付け可能である。ツール34は、消耗品であって、摩擦撹拌接合を行うことによって摩耗した際に新品に交換される。
図2〜図3Bに示すように、ツール34は、概略円柱状のショルダ36と、ショルダ36の先端面36aに設けられた小径のプローブ38とを有する。接合用工具10は、回転軸Axを中心に矢印R方向に回転させた状態でプローブ38をワークW内に埋設させることによりワークWを接合する。
ツール34は、円柱状の金属材料に対して切削加工を施すことにより製造される。ただし、ツール34は、切削加工以外の方法(例えば、鋳造法、積層法等)により製造されてもよい。ツール34の構成材料としては、ワークWよりも硬度が高く、且つ、耐熱性及び耐摩耗性に優れた工具鋼が好適に用いられる。ただし、ツール34の構成材料は、工具鋼に限定されず、適宜設定可能である。
ショルダ36の基端部(矢印B2方向の端部)は、ホルダ32(図1参照)に対して着脱可能に形成されている。ショルダ36の先端面36a(矢印B1方向の端面)は、平坦に形成されている(図2及び図3A参照)。
プローブ38は、ショルダ36の先端面36aから先端方向(矢印B1方向)に突出している(図2及び図3A参照)。プローブ38は、ショルダ36に対して同軸に設けられている。プローブ38の外径及び突出長は、接合対象であるワークWの形状、大きさ、材質等に応じて適宜設定される。
プローブ38は、円柱状に形成され、先端面38a及び外周面38bを有する。プローブ38の外周面38bには、プローブ38の回転軸Axに沿って先端面38aまで延在した複数(図示例では3つ)の外周凹部40(側面溝)が形成されている。各外周凹部40は、溝状に形成されている。
複数の外周凹部40は、プローブ38の周方向に等角度間隔(図示例では、120°間隔)に配置されている(図2及び図3B参照)。各外周凹部40は、プローブ38の外周面38bから先端面38aに向かって略一定幅に形成されている。各外周凹部40の基端は、プローブ38の基端に位置している。
図2及び図3Aにおいて、プローブ38の外周面38bには、第1外周エッジ44及び第2外周エッジ46が形成されている。第1外周エッジ44は、各外周凹部40におけるプローブ38の回転方向前方(矢印R方向)の縁部を形成する。第1外周エッジ44は、プローブ38の回転軸Axに対して平行に延在している。第1外周エッジ44の基端(矢印B2方向の端)は、プローブ38の基端に位置する。第1外周エッジ44の先端(矢印B1方向の端)は、プローブ38の先端面38aに位置する。
第2外周エッジ46は、各外周凹部40におけるプローブ38の回転方向後方(矢印R方向とは反対方向)の縁部を形成する。第2外周エッジ46は、プローブ38の回転軸Axに対して平行に延在している。第2外周エッジ46の基端(矢印B2方向の端)は、プローブ38の基端に位置する。第2外周エッジ46の先端(矢印B1方向の端)は、プローブ38の先端面38aに位置する。
図2及び図3Bに示すように、プローブ38の先端面38aの中央には、回転軸Axが位置する。プローブ38の先端面38aには、外周凹部40に連通しないように外周面38bまで延在した先端凹部48が形成されている。先端凹部48は、先端面38aの中央からプローブ38の径方向外方に向かって外周面38bまで延在した複数(図示例では3つ)の先端溝50を含む。先端凹部48は、回転軸Axを中心として回転対称に形成されている。
先端溝50は、プローブ38の周方向に互いに隣り合う外周凹部40の間に位置する。複数の先端溝50は、互いに同一に形成されている。先端溝50を構成する壁面は、横断面が円弧状に形成されている。ただし、先端溝50を構成する壁面の横断面形状は、適宜設定可能であり、U字状又はV字状等であってもよい。プローブ38の先端面38aのうち先端溝50及び外周凹部40以外の部分は、回転軸Axと直交する方向に延在した平坦面である。
プローブ38の先端面38aには、プローブ38の周方向に互いに隣り合う先端溝50の間に爪部52が形成されている。各爪部52の外周面38bには、外周凹部40が形成されている。爪部52の数は、先端溝50の数に対応している。
プローブ38の先端面38aには、外側先端エッジ54、第1溝エッジ56、第2溝エッジ58及び第3溝エッジ60が形成されている。外側先端エッジ54は、外周凹部40の先端縁部を形成する。外側先端エッジ54は、第1外周エッジ44の先端と第2外周エッジ46の先端とを互いに連結する。外側先端エッジ54は、回転軸Axが位置する内方に凸状に湾曲している。外側先端エッジ54の曲率は、適宜設定可能である。
第1溝エッジ56は、先端溝50におけるプローブ38の回転方向前方(矢印R方向)の側縁部を形成する。第2溝エッジ58は、先端溝50におけるプローブ38の回転方向後向(矢印R方向とは反対方向)の側縁部を形成する。第1溝エッジ56と第2溝エッジ58とは、先端溝50を挟んで互いに平行に延在している。互いに隣接する先端溝50において、一方の先端溝50の第1溝エッジ56におけるプローブ38の中央側に位置する内端は、他方の先端溝50の第2溝エッジ58におけるプローブ38の中央側に位置する内端に連結する。
第3溝エッジ60は、先端面38aの中央から第1溝エッジ56と第2溝エッジ58との連結部に向かって直線状に延出した稜線である。互いに隣接する第3溝エッジ60のなす角度θ1は、120°に設定されている。
次に、上述した接合用工具10を用いてワークWの第1部材100(例えば、鉄板)と第2部材102(アルミニウム合金板)とを重ね接合する例について説明する。
この場合、図1において、ワークWは、第1部材100と第2部材102とが互いに重ねられた状態で固定台13に固定される。具体的に、図4及び図5に示すように、第1部材100の一方の面(第1外面100a)は、接合用工具10に対向する。第1部材100の他方の面(第1内面100b)は、第2部材102の一方の面(第2内面102b)に接触している。第2部材102の他方の面(第2外面102a)は、受け部材27に接触する。
そして、制御部20は、駆動ユニット24の駆動を制御することにより、接合用工具10を回転させながらワークWに向かって(矢印B1方向)に移動させ、プローブ38の先端面38aを第1部材100の第1外面100aに押し付ける。
そうすると、図5に示すように、プローブ38は、第1部材100を切削しながら第1部材100内に挿入される。具体的に、外側先端エッジ54、第2溝エッジ58、第3溝エッジ60及び第2外周エッジ46が第1部材100を切削する。この際、プローブ38と第1部材100との間に摩擦熱が発生するため、第1部材100のうちプローブ38の周囲が軟化する。
続いて、プローブ38の先端面38aが第2部材102の第2内面102bに到達すると、プローブ38は、第2部材102を切削しながら第2部材102内に挿入される。この際、プローブ38と第2部材102との間に摩擦熱が発生するとともに第1部材100で発生した摩擦熱が第2部材102に伝達するため、第2部材102のうちプローブ38の周囲が軟化する。そして、プローブ38が完全にワークW内に埋設し、ショルダ36の先端面36aが第1部材100の第1外面100aに接触した状態となる。
第1部材100の軟化した部分(第1軟化材料104)と第2部材102の軟化した部分(第2軟化材料106)とは、プローブ38の回転に引きずられて塑性流動して互いに撹拌される。
具体的に、プローブ38の側方に存在する第1軟化材料104は、複数の外周凹部40のそれぞれに取り込まれる。各外周凹部40内に取り込まれた第1軟化材料104は、プローブ38の先端方向(矢印B1方向)に塑性流動し、プローブ38の先端側で第2軟化材料106と混ざり合う(撹拌される)。また、プローブ38の側方に存在する第1軟化材料104は、各先端溝50を介してプローブ38の中央側に導かれる。各先端溝50内の第1軟化材料104は、第3溝エッジ60に当たり、プローブ38の先端方向(矢印B1方向)に塑性流動し、プローブ38の先端側で第2軟化材料106と混ざり合う(撹拌される)。
そして、図4に示すように、接合用工具10の回転と加圧を維持しながら、接合用工具10を接合方向(矢印F方向)に移動させることで、第1部材100と第2部材102とが互いに摩擦撹拌接合されて一体化される。これにより、ワークWに接合部108(接合ビード)が形成される。
この場合、本実施形態に係る接合用工具10は、以下の効果を奏する。
プローブ38の外周面38bには、先端面38aまで延在した外周凹部40が形成されている。プローブ38の先端面38aには、外周凹部40に連通しないように外周面38bまで延在した先端凹部48が形成されている。
このような構成によれば、先端凹部48のエッジ(特に、第2溝エッジ58及び第3溝エッジ60)によってワークWを切削することができる。これにより、ワークWの切削速度を高めることができる。また、先端凹部48がプローブ38の外周面38bまで延在しているため、プローブ38の外方の第1軟化材料104を先端凹部48によってプローブ38の先端側に塑性流動させることができる。よって、プローブ38の先端側で第1軟化材料104と第2軟化材料106とを効果的に撹拌することができるため、良好な接合品質を得ることができる。
先端凹部48は、先端面38aの中央からプローブ38の径方向外方に向かって外周面38bまで延在した先端溝50を含む。
このような構成によれば、先端溝50を介してプローブ38の外方に存在する第1軟化材料104を先端面38aの中央部まで円滑に導くことができる。
先端溝50は、複数(3つ)設けられ、先端面38aには、先端面38aの中央から互いに隣接する先端溝50を仕切るように延出した第3溝エッジ60が形成されている。
このような構成によれば、先端溝50内の第1軟化材料104を第3溝エッジ60に当ててプローブ38の先端方向に塑性流動させることができる。これにより、プローブ38の先端方向で第1軟化材料104と第2軟化材料106とを一層効果的に撹拌することができる。
外周凹部40は、プローブ38の周方向に複数(3つ)設けられ、先端溝50は、互いに隣り合う外周凹部40の間に位置する。
このような構成によれば、外周凹部40及び先端溝50によってプローブ38の側方に存在する第1軟化材料104を効率的にプローブ38の先端方向に塑性流動させることができる。
(第1変形例)
次に、第1変形例に係るプローブ38Aについて説明する。なお、プローブ38Aの説明において、上述したプローブ38と同一の構成については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。また、プローブ38Aにおいて、プローブ38と同様の構成については、同様の作用効果を奏する。
図6Aに示すように、プローブ38Aの先端面38aに形成された先端凹部48aは、先端面38aの中央に位置する中央凹部62と、中央凹部62から外周面38bまで直線状に延出した複数(図示例では3つ)の先端溝50とを含む。先端凹部48aは、回転軸Axを中心として回転対称に形成されている。
中央凹部62は、プローブ38Aの先端方向から見て円形状に形成されている。中央凹部62を構成する壁面は、回転軸Axに沿った断面が円弧状に形成されている。ただし、中央凹部62を構成する壁面の断面形状は、適宜設定可能であり、U字状又はV字状等であってもよい。先端溝50の溝幅は、中央凹部62の直径と同一の長さに設定されている。先端溝50の溝幅は、外周凹部40の溝幅と同一の長さに設定されている。
プローブ38Aの先端面38aには、外側先端エッジ54、第1溝エッジ56、第2溝エッジ58、第3溝エッジ64が形成されている。第3溝エッジ64は、中央凹部62を構成する壁面と先端溝50を構成する壁面との境界部を形成する。第3溝エッジ64は、第1溝エッジ56の内端と第2溝エッジ58の内端とに連結している。
本変形例において、先端凹部48aは、先端面38aの中央に位置する中央凹部62と、中央凹部62からプローブ38Aの径方向外方に向かって外周面38bまで延在した先端溝50と、を含む。
このような構成によれば、プローブ38Aの側方に存在する第1軟化材料104を先端溝50から中央凹部62に導き、中央凹部62で貯めることができる。これにより、プローブ38Aの中央部の先端方向で第1軟化材料104と第2軟化材料106とを一層効果的に撹拌させることができる。
中央凹部62は、プローブ38Aの先端方向から見て円形状に形成され、先端溝50の溝幅は、中央凹部62の直径と同一の長さに設定されている。
このような構成によれば、先端溝50を流れる第1軟化材料104の流量を比較的多くすることができる。
(第2変形例)
次に、第2変形例に係るプローブ38Bについて説明する。なお、プローブ38Bの説明において、上述したプローブ38Aと同一の構成については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。また、プローブ38Bにおいて、プローブ38Aと同様の構成については、同様の作用効果を奏する。
図6Bに示すように、プローブ38Bの先端面38aに形成された先端凹部48bは、先端溝50に代えて幅狭の先端溝50aを含む。先端溝50aの溝幅は、外周凹部40の溝幅よりも狭い。また、先端溝50aの溝幅は、中央凹部62の直径よりも狭い。
プローブ38Bの先端面38aには、外側先端エッジ54、第1溝エッジ56、第2溝エッジ58、第3溝エッジ64及び内側先端エッジ66が形成されている。内側先端エッジ66は、中央凹部62を構成する壁面と爪部52の先端面との境界部を形成する。
本変形例において、中央凹部62は、プローブ38Bの先端方向から見て円形状に形成され、先端溝50aの溝幅は、中央凹部62の直径よりも狭い。
このような構成によれば、爪部52を比較的肉厚に形成することができるため、爪部52の剛性(強度)を向上させることができる。また、先端溝50aを流れる第1軟化材料104の流速を高めることができる。これにより、第1軟化材料104をプローブ38Bの先端方向に効率的に塑性流動させることができるため、接合速度を高めることができる。
(第3変形例)
次に、第3変形例に係るプローブ38Cについて説明する。なお、プローブ38Cの説明において、上述したプローブ38と同一の構成については、同一の参照符号を付し、その説明を省略する。また、プローブ38Cにおいて、プローブ38と同様の構成については、同様の作用効果を奏する。
図7に示すように、プローブ38Cの先端面38aに形成された先端凹部48cは、互いに交差するように外周凹部40からプローブ38Cの先端面38aの中央(回転軸Ax)からずれた位置に向かって直線状に延在した複数(図示例では3つ)の先端溝50bを含む。先端凹部48cは、回転軸Axを中心として回転対称に形成されている。
先端溝50bは、プローブ38Cの先端方向から見て、先端溝50bの中心線L1が、プローブ38Cの先端面38aの中央(回転軸Ax)からずれた位置を通るように直線状に延在している。中心線L1における外周面38bとの交点と先端面38aの中央(回転軸Ax)とを結ぶ線分L2と中心線L1とのなす角度(先端溝50bのずれ角度θ2)は、適宜設定可能である。先端溝50bは、プローブ38Cの周方向に互いに隣り合う外周凹部40の間に位置する。
複数の先端溝50bは、互いに同一に形成されている。先端溝50bを構成する壁面は、横断面が円弧状に形成されている。ただし、先端溝50bを構成する壁面の横断面形状は、適宜設定可能であり、U字状又はV字状等であってもよい。
プローブ38Cの先端面38aには、外側先端エッジ54、第1溝エッジ70、第2溝エッジ72及び第3溝エッジ74を含む。第1溝エッジ70は、先端溝50bにおけるプローブ38Cの回転方向前方(矢印R方向)の側縁部を形成する。
第2溝エッジ72は、先端溝50bにおけるプローブ38Cの回転方向後向(矢印R方向とは反対方向)の側縁部を形成する。第2溝エッジ72は、先端溝50bを挟んで互いに平行に延在している。互いに隣接する先端溝50bにおいて、一方の先端溝50bの第1溝エッジ70におけるプローブ38Cの中央側に位置する内端は、他方の先端溝50bの第2溝エッジ72におけるプローブ38Cの中央側に位置する内端に連結する。第2溝エッジ72の全長は、第1溝エッジ70の全長よりも短い。プローブ38Cの先端方向から見て、先端溝50bの中心線L1は、先端面38aの中央(回転軸Ax)よりも当該先端溝50bの第1溝エッジ70側に位置している。
第3溝エッジ74は、先端面38aの中央から互いに隣接する先端溝50bを仕切るように延出した稜線である。第3溝エッジ74は、先端溝50bの延出方向の縁部を形成するとともに隣接する先端溝50bの側方縁部の一部を形成する。第3溝エッジ74は、先端面38aの中央から延出した第1直線部76aと、第1溝エッジ70及び第2溝エッジ72の連結部から第1直線部76aまで延びた第2直線部76bとを有する。第1直線部76aと第2直線部76bとは、互いに同じ長さである。換言すれば、第1直線部76aと第2直線部76bの交点は、先端溝50bの延出端に位置する。
本変形例において、先端凹部48cは、互いに交差するように先端面38aに複数形成された先端溝50bを含んでいる。先端溝50bは、プローブ38Cの先端方向から見て、先端溝50bの中心線L1がプローブ38Cの先端面38aの中央からずれた位置を通るように直線状に延在している。先端面38aには、プローブ38Cの周方向に互いに隣接する先端溝50bの間に爪部52が形成される。
このような構成によれば、プローブ38Cの先端面38aの中央と先端溝50bの中心線L1とのずれ量(ずれ角度θ2)を調整することにより、爪部52の形状を変更することができる(爪部52の形状の自由度を高めることができる)。具体的には、ずれ角度θ2を小さくするほど、爪部52におけるプローブ38Cの回転方向前方(矢印R方向)の角部(プローブ38Cの外周面38bと第2溝エッジ72とのなす角度θ3)が小さくなる。この場合、爪部52によるワークWの切削性能が向上する。一方、ずれ角度θ2を大きくするほど、なす角度θ3が大きくなる。この場合、爪部52の剛性(強度)を高めることができるため、プローブ38Cの耐久性が向上する。
先端面38aには、先端面38aの中央から互いに隣接する先端溝50bを仕切るように延出した第3溝エッジ74が形成されている。
このような構成によれば、先端溝50bを流れる第1軟化材料104を第3溝エッジ74に当ててプローブ38Cの先端方向に導くことができる。これにより、プローブ38Cの先端側で第1軟化材料104と第2軟化材料106とを一層効果的に撹拌することができる。
本変形例に係るプローブ38Cにおいて、先端溝50bは、プローブ38Cの先端方向から見て、先端溝50bの中心線L1が、先端面38aの中央(回転軸Ax)よりも当該先端溝50bの第2溝エッジ72側に位置するように形成されてもよい。この場合、ずれ角度θ2を小さくするほど、なす角度θ3が大きくなり、ずれ角度θ2を大きくするほど、なす角度θ3が小さくなる。
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改変が可能である。
接合用工具10は、3枚以上の板材が重ねられたワークWを重ね接合するものであってもよい。接合用工具10は、2枚の板材の端面が互いに突き合せされた状態でその突合せ部分を摩擦撹拌接合する突合せ接合に用いることもできる。外周凹部40、先端溝50、50a、50bのそれぞれの大きさ、形状、位置及び数は、適宜変更可能である。
以上の実施形態をまとめると、以下のようになる。
上記実施形態は、先端面(38a)及び外周面(38b)を有するプローブ(38、38A〜38C)を備え、前記外周面(38b)には、前記先端面(38a)まで延在した外周凹部(40)が形成され、回転軸(Ax)を中心に前記プローブ(38、38A〜38C)を回転させた状態でワーク(W)内に埋設させることにより前記ワーク(W)を接合する摩擦撹拌接合用工具(10)であって、前記先端面(38a)には、前記外周凹部(40)に連通しないように前記外周面(38b)まで延在した先端凹部(48、48a〜48c)が形成されている、摩擦撹拌接合用工具(10)を開示している。
上記の摩擦撹拌接合用工具(10)において、前記先端凹部(48)は、前記先端面(38a)の中央から前記プローブ(38)の径方向外方に向かって前記外周面(38b)まで延在した先端溝(50)を含んでもよい。
上記の摩擦撹拌接合用工具(10)において、前記先端溝(50)は、複数設けられ、前記先端面(38a)には、前記先端面(38a)の中央から互いに隣接する前記先端溝(50)を仕切るように延出した稜線(60)が形成されてもよい。
上記の摩擦撹拌接合用工具(10)において、前記外周凹部(40)は、前記プローブ(38)の周方向に複数設けられ、前記先端溝(50)は、互いに隣り合う前記外周凹部(40)の間に位置してもよい。
上記の摩擦撹拌接合用工具(10)において、前記先端凹部(48a、48b)は、前記先端面(38a)の中央に位置する中央凹部(62)と、前記中央凹部(62)から前記プローブ(38A、38B)の径方向外方に向かって前記外周面(38b)まで延在した先端溝(50、50a)と、を含んでもよい。
上記の摩擦撹拌接合用工具(10)において、前記中央凹部(62)は、前記プローブ(38A)の先端方向から見て円形状に形成され、前記先端溝(50)の溝幅は、前記中央凹部(62)の直径と同一の長さに設定されてもよい。
上記の摩擦撹拌接合用工具(10)において、前記中央凹部(62)は、前記プローブ(38B)の先端方向から見て円形状に形成され、前記先端溝(50)の溝幅は、前記中央凹部(62)の直径よりも狭くてもよい。
上記の摩擦撹拌接合用工具(10)において、前記先端凹部(48c)は、互いに交差するように前記先端面(38a)に複数形成された先端溝(50b)を含み、前記先端溝(50b)は、前記プローブ(38C)の先端方向から見て、前記先端溝(50b)の中心線(L1)が前記プローブ(38C)の先端面(38a)の中央からずれた位置を通るように直線状に延在し、前記先端面(38a)には、プローブ(38C)の周方向に互いに隣接する前記先端溝(50b)の間に爪部(52)が形成されてもよい。
上記の摩擦撹拌接合用工具(10)において、前記先端面(38a)には、前記先端面(38a)の中央から互いに隣接する前記先端溝(50b)を仕切るように延出した稜線(74)が形成されてもよい。
10…摩擦撹拌接合用工具 38、38A〜38C…プローブ
38a…先端面 38b…外周面
40…外周凹部 48、48a〜48c…先端凹部
50、50a、50b…先端溝 52…爪部
60、74…第3溝エッジ(稜線) 62…中央凹部
Ax…回転軸 W…ワーク

Claims (9)

  1. 先端面及び外周面を有するプローブを備え、前記外周面には、前記先端面まで延在した外周凹部が形成され、回転軸を中心に前記プローブを回転させた状態でワーク内に埋設させることにより前記ワークを接合する摩擦撹拌接合用工具であって、
    前記先端面には、前記外周凹部に連通しないように前記外周面まで延在した先端凹部が形成されている、摩擦撹拌接合用工具。
  2. 請求項1記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
    前記先端凹部は、前記先端面の中央から前記プローブの径方向外方に向かって前記外周面まで延在した先端溝を含む、摩擦撹拌接合用工具。
  3. 請求項2記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
    前記先端溝は、複数設けられ、
    前記先端面には、前記先端面の中央から互いに隣接する前記先端溝を仕切るように延出した稜線が形成されている、摩擦撹拌接合用工具。
  4. 請求項3記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
    前記外周凹部は、前記プローブの周方向に複数設けられ、
    前記先端溝は、互いに隣り合う前記外周凹部の間に位置する、摩擦撹拌接合用工具。
  5. 請求項1記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
    前記先端凹部は、
    前記先端面の中央に位置する中央凹部と、
    前記中央凹部から前記プローブの径方向外方に向かって前記外周面まで延在した先端溝と、を含む、摩擦撹拌接合用工具。
  6. 請求項5記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
    前記中央凹部は、前記プローブの先端方向から見て円形状に形成され、
    前記先端溝の溝幅は、前記中央凹部の直径と同一の長さに設定されている、摩擦撹拌接合用工具。
  7. 請求項5記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
    前記中央凹部は、前記プローブの先端方向から見て円形状に形成され、
    前記先端溝の溝幅は、前記中央凹部の直径よりも狭い、摩擦撹拌接合用工具。
  8. 請求項1記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
    前記先端凹部は、互いに交差するように前記先端面に複数形成された先端溝を含み、
    前記先端溝は、前記プローブの先端方向から見て、前記先端溝の中心線が前記プローブの先端面の中央からずれた位置を通るように直線状に延在し、
    前記先端面には、前記プローブの周方向に互いに隣接する前記先端溝の間に爪部が形成される、摩擦撹拌接合用工具。
  9. 請求項8記載の摩擦撹拌接合用工具であって、
    前記先端面には、前記先端面の中央から互いに隣接する前記先端溝を仕切るように延出した稜線が形成されている、摩擦撹拌接合用工具。
JP2019067735A 2019-03-29 2019-03-29 摩擦撹拌接合用工具 Active JP7110150B2 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019067735A JP7110150B2 (ja) 2019-03-29 2019-03-29 摩擦撹拌接合用工具
US16/832,908 US11305376B2 (en) 2019-03-29 2020-03-27 Friction stir welding tool
CN202010232090.2A CN111745283B (zh) 2019-03-29 2020-03-27 搅拌摩擦接合用工具

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019067735A JP7110150B2 (ja) 2019-03-29 2019-03-29 摩擦撹拌接合用工具

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020163444A true JP2020163444A (ja) 2020-10-08
JP7110150B2 JP7110150B2 (ja) 2022-08-01

Family

ID=72606841

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019067735A Active JP7110150B2 (ja) 2019-03-29 2019-03-29 摩擦撹拌接合用工具

Country Status (3)

Country Link
US (1) US11305376B2 (ja)
JP (1) JP7110150B2 (ja)
CN (1) CN111745283B (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7110150B2 (ja) * 2019-03-29 2022-08-01 本田技研工業株式会社 摩擦撹拌接合用工具
CN116140789B (zh) * 2023-04-23 2023-06-20 成都航空职业技术学院 一种回填式搅拌摩擦点焊设备及焊接方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001071155A (ja) * 1999-09-06 2001-03-21 Nippon Light Metal Co Ltd 疲労強度の高い摩擦攪拌接合材、その製造用の摩擦攪拌接合用回転ツール及び摩擦攪拌接合方法

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0502067D0 (en) * 2005-02-01 2005-03-09 Airbus Uk Ltd Friction stir welding tool
JP4884044B2 (ja) 2005-11-29 2012-02-22 京セラ株式会社 摩擦攪拌接合工具及びこれを用いた接合方法
US8016179B2 (en) * 2006-07-17 2011-09-13 Wichita State University Friction stir welding tool having a scroll-free concentric region
US7942306B2 (en) * 2007-04-13 2011-05-17 Wichita State University Friction stir welding tool having a counterflow pin configuration
CN100519044C (zh) * 2007-11-13 2009-07-29 江苏科技大学 一种搅拌摩擦焊的焊具
JP4755236B2 (ja) 2008-09-29 2011-08-24 三菱重工業株式会社 摩擦攪拌接合方法
JP4995252B2 (ja) * 2009-10-29 2012-08-08 三菱重工業株式会社 重ね接合用摩擦攪拌接合装置
US8899468B2 (en) * 2011-08-21 2014-12-02 Honda Motor Co., Ltd. Friction stir welding tool
US8955415B2 (en) * 2013-02-05 2015-02-17 Fu-Hua Lin Removal tool
CN103521912B (zh) 2013-10-10 2015-11-25 天津大学 一种用于搭接接头的搅拌摩擦焊工具
CN203830901U (zh) 2014-04-03 2014-09-17 江苏锐成机械有限公司 一种搅拌摩擦焊搅拌头
CN106312291B (zh) * 2016-10-31 2018-07-24 南京航空航天大学 一种带有切削刃的搅拌摩擦焊搅拌头
US10442030B2 (en) * 2017-09-08 2019-10-15 Seagate Technology Llc Friction stir welding tool, related methods, and assemblies formed to include friction stir weld
JP7110150B2 (ja) * 2019-03-29 2022-08-01 本田技研工業株式会社 摩擦撹拌接合用工具
JP7083771B2 (ja) * 2019-03-29 2022-06-13 本田技研工業株式会社 摩擦撹拌接合用工具
JP7101140B2 (ja) * 2019-03-29 2022-07-14 本田技研工業株式会社 摩擦撹拌接合用工具
JP7141359B2 (ja) * 2019-03-29 2022-09-22 本田技研工業株式会社 摩擦撹拌接合用工具
JP7125912B2 (ja) * 2019-03-29 2022-08-25 本田技研工業株式会社 摩擦撹拌接合用工具

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001071155A (ja) * 1999-09-06 2001-03-21 Nippon Light Metal Co Ltd 疲労強度の高い摩擦攪拌接合材、その製造用の摩擦攪拌接合用回転ツール及び摩擦攪拌接合方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN111745283A (zh) 2020-10-09
JP7110150B2 (ja) 2022-08-01
US11305376B2 (en) 2022-04-19
CN111745283B (zh) 2022-05-24
US20200306873A1 (en) 2020-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7125912B2 (ja) 摩擦撹拌接合用工具
JP7101140B2 (ja) 摩擦撹拌接合用工具
EP1132167B1 (en) Friction stir welding
JP7110150B2 (ja) 摩擦撹拌接合用工具
JP2021053700A (ja) 両面摩擦撹拌接合用回転ツール及び両面摩擦撹拌接合方法
KR20180003878A (ko) 마찰교반에 의한 두께가 상이한 이종재료의 접합방법
KR20160071483A (ko) 하이브리드 마찰교반에 의한 박판 철강소재의 접합방법
JP7083771B2 (ja) 摩擦撹拌接合用工具
GB2544189A (en) Friction stir welding machine having a rotatable anvil and associated method
JP7141359B2 (ja) 摩擦撹拌接合用工具
JP3452044B2 (ja) 摩擦攪拌ツールおよびこれを用いた接合方法ならびに鋳物表面の微細空隙除去方法
JP5920826B2 (ja) 摩擦攪拌加工用裏当て部材、摩擦攪拌加工方法及び摩擦攪拌加工装置
JP2002096182A (ja) 摩擦熱に基づく接合方法、回転ツール及び接合体
JP3859559B2 (ja) 接合継手の製造方法、接合継手、摩擦撹拌接合法、接合装置及び平削り用バイト
JP6897024B2 (ja) 接合方法
JP6794945B2 (ja) 接合方法
JP2004066331A (ja) 異種金属の摩擦撹拌接合方法
KR20220092088A (ko) 버 제거 기능이 구비된 마찰 교반 용접장치
JP6756252B2 (ja) 接合方法
JP6766377B2 (ja) 接合方法
JP2021171816A (ja) 摩擦撹拌加工工具及びフランジ成形方法
JP2004066276A (ja) 摩擦撹拌接合継手とその接合方法
JP2018183811A (ja) 摩擦撹拌点接合装置の裏当て部材、摩擦撹拌点接合装置、摩擦撹拌点接合方法及び継手構造
JP2002066757A (ja) 摩擦溶接による接合方法、接合用ツール及び接合体

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210329

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220315

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220427

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220705

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220720

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7110150

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150