JP2023039128A - Guide block and friction stirring and joining method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は内隅部摩擦攪拌接合用のガイドブロックおよび摩擦攪拌接合方法に関する。 The present invention relates to a guide block for inner corner friction stir welding and a friction stir welding method.
内隅部を形成する一対の被接合部材に対して摩擦攪拌接合を行う際に、攪拌ピンに三角柱状のベースブロックを装着した内隅接合用回転ツールが用いられている(特許文献1)。
ベースブロックは、攪拌ピンを回転自在に保持してガイドするとともに、一対の傾斜面が一対の部材の表面に各々当接されることで、被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制できる。
A rotary tool for inner corner welding, in which a triangular prism-shaped base block is attached to a stir pin, is used when friction stir welding is performed on a pair of members to be welded that form an inner corner (Patent Document 1).
The base block rotatably holds and guides the stirring pin, and the pair of inclined surfaces abuts against the surfaces of the pair of members, respectively, so that the members to be welded can be held down to suppress lifting and vibration.
前述した特許文献1の内隅接合用回転ツールは、ベースブロックに形成される一対の傾斜面が平面とされており、接合すべき一対の部材の表面が平面であれば、各々において互いに面接触することで、被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制できる。
しかし、接合すべき一対の部材の一方だけでも表面が平面でない場合、線接触あるいは点接触となり、被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制できないことがある。
In the rotary tool for joining the inner corners of
However, if only one of the pair of members to be joined has a non-flat surface, line contact or point contact may occur, and lifting and vibration cannot be suppressed by pressing the member to be joined.
例えば、筒体の端部の内側に筒状の継手を接合する場合、外側の筒体の端面は平面であるが、内側の継手の表面は円筒面となる。このような平面と円筒面とで形成される円環形の内隅部に対して摩擦攪拌接合を行う際に、一対の傾斜面がともに平面である内隅接合用回転ツールを用いた場合、平面である傾斜面が円筒面である継手の表面と面接触できず、線接触することになる。その結果、この接触線を中心にベースブロックが回動可能な不安定な状態となり、被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制できなくなる。 For example, when joining a tubular joint to the inner side of the end of a tubular body, the end face of the outer tubular body is flat, but the surface of the inner joint is a cylindrical surface. When friction stir welding is performed on an annular inner corner formed by such a flat surface and a cylindrical surface, when a rotating tool for inner corner welding in which a pair of inclined surfaces are both flat is used, the flat surface The inclined surface of , cannot come into surface contact with the surface of the joint, which is a cylindrical surface, but comes into line contact. As a result, the base block is in an unstable state in which the base block can be rotated around the contact line, and it becomes impossible to suppress the lifting and vibration by holding down the members to be joined.
本発明の目的は、内隅部を形成する一対の部材の表面が曲面でも被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制できるガイドブロックおよび摩擦攪拌接合方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a guide block and a friction stir welding method capable of suppressing lifting and vibration by holding down members to be welded even if the surfaces of a pair of members forming an inner corner are curved surfaces.
本発明のガイドブロックは、一対の被接合部材で形成される内隅部に対して摩擦攪拌接合を行う被接合部材を押さえるガイドブロックであって、前記攪拌ピンを回転自在に保持するガイド孔と、前記ガイド孔の側方に配置されたガイドローラと、前記ガイド孔を挟んで反対側に配置された一対の当接面と、を有し、前記ガイドローラは、一対の前記被接合部材の各々の表面に転動可能であり、一対の前記当接面は、一方が一対の前記被接合部材の一方に当接可能かつ他方が一対の前記被接合部材の他方に当接可能であることを特徴とする。 The guide block of the present invention is a guide block that presses a member to be joined to be friction stir welded against an inner corner formed by a pair of members to be joined, and has a guide hole that rotatably holds the agitation pin. , a guide roller arranged on the side of the guide hole, and a pair of contact surfaces arranged on opposite sides of the guide hole, wherein the guide roller is provided for the pair of members to be joined. It is possible to roll on each surface, and one of the pair of contact surfaces can contact one of the pair of members to be joined, and the other can contact the other of the pair of members to be joined. characterized by
このような本発明では、攪拌ピンをガイド孔に挿通した状態で、攪拌ピンおよびガイドブロックを一対の被接合部材の内隅部に近接させる。そして、ガイド孔を挟んで配置された一対の当接面およびガイドローラを、それぞれ一対の被接合部材の各表面に当接させて被接合部材を押さえつつ、回転する攪拌ピンで一対の被接合部材の交差部分を摩擦攪拌接合する。
このとき、一対の被係合部材に対しては、それぞれ一対の当接面およびガイドローラが離れた2点で当接する。これら2点の当接は、一対の被接合部材の表面が平面でも曲面でも維持することができる。従って、一対の被接合部材の表面がいずれも平面の場合のほか、一方が曲面の場合、あるいは両方とも曲面の場合であっても、ガイド孔の両側の一対の当接面およびガイドローラがそれぞれ一対の被接合部材の各2点に当接することで、被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制することができる。
なお、被接合部材に2点の当接が維持できる曲面の範囲は、ガイドローラと一対の当接面との間隔や各々の寸法形状などに応じて変化する。また、ガイド孔に保持される攪拌ピンの突き出し長さは、被接合部材の表面の曲率に応じて調節することが好ましい。
In the present invention as described above, the agitation pin and the guide block are brought close to the inner corners of the pair of members to be welded while the agitation pin is inserted through the guide hole. Then, a pair of contact surfaces and a guide roller arranged across the guide hole are brought into contact with respective surfaces of the pair of members to be welded to press the members to be welded, and a rotating agitating pin is used to rotate the pair of members to be welded. Friction stir welding is performed at the intersection of the members.
At this time, the pair of contact surfaces and the guide roller contact the pair of engaged members at two points apart from each other. These two points of contact can be maintained regardless of whether the surfaces of the pair of members to be joined are flat or curved. Therefore, even if the surfaces of a pair of members to be joined are both flat, or if one of them is curved or both are curved, the pair of contact surfaces on both sides of the guide hole and the guide roller are By abutting on each two points of the pair of members to be joined, the members to be joined can be pressed to suppress lifting and vibration.
It should be noted that the range of curved surfaces in which two points of contact can be maintained on the member to be welded varies according to the distance between the guide roller and the pair of contact surfaces, the size and shape of each, and the like. Moreover, it is preferable to adjust the projection length of the stirring pin held in the guide hole according to the curvature of the surface of the member to be joined.
本発明のガイドブロックにおいて、前記ガイドローラが、球状であることが好ましい。
このような本発明では、ガイドローラが球状であるため、一対の被接合部材の挟み角つまり内隅部を形成する一対の表面がなす角度が異なっても被接合部材の各々に対する当接を維持することができ、適切に被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制することができる。
なお、球状のガイドローラとしては、全体が完全な球体であるものに限らず、転動軸が通る部分が平坦に切り欠かれた形状など、一対の被接合部材に転動する領域が球面であればよい。
In the guide block of the present invention, it is preferable that the guide roller is spherical.
In this aspect of the invention, since the guide rollers are spherical, even if the angle between the pair of members to be joined, that is, the angle formed by the pair of surfaces forming the inner corners of the pair of members to be joined, is different, the contact with each of the members to be joined is maintained. It is possible to appropriately hold down the members to be joined, thereby suppressing lifting and vibration.
The spherical guide roller is not limited to a complete sphere as a whole. I wish I had.
本発明のガイドブロックにおいて、前記ガイドローラは、転動軸線方向が短い偏平な球状であることが好ましい。
このような本発明では、ガイドローラが偏平で最外周半径が大きくなることで、一対の被接合部材の挟み角が小さい内隅部でも導入することができ、適用範囲を拡張できる。
In the guide block of the present invention, it is preferable that the guide roller has a flat spherical shape with a short rolling axis direction.
In the present invention, since the guide rollers are flat and the radius of the outermost circumference is large, the inner corners of the pair of members to be joined can be introduced even at a small pinching angle, and the range of application can be expanded.
本発明のガイドブロックにおいて、前記ガイドローラが、互いの底面側が接合された一対の円錐形状であることが好ましい。
このような本発明では、一対の円錐形状の母線のなす角度と一対の被接合部材の挟み角とを一致させておけば、ガイドローラに形成される一対の円錐面がそれぞれ被接合部材の一方および他方に点ではなく線で接触し、適切に被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制できる。
すなわち、ガイドローラが球状である場合、ガイドブロックは被接合部材の各々に対し、ガイドローラの中心を通る線分を軸として回動する余地がある。これに対し、一対の円錐形状であれば、このような回動の余地はなく、非接触部材に対するガイドブロックの向きは一意に決まる。ただし、ガイドローラの円錐形状に応じて適用できる被接合部材の挟み角が限定されることになる。
In the guide block of the present invention, it is preferable that the guide rollers have a pair of conical shapes joined together at their bottom sides.
According to the present invention, if the angle formed by the generatrices of the pair of conical shapes and the angle between the pair of members to be welded are made to coincide, the pair of conical surfaces formed on the guide rollers will form one side of the members to be welded. and the other by a line rather than a point, and can appropriately hold down the member to be joined to suppress lifting and vibration.
That is, when the guide rollers are spherical, the guide block has room to rotate about the line segment passing through the center of the guide roller with respect to each member to be joined. On the other hand, with a pair of conical shapes, there is no room for such rotation, and the orientation of the guide block with respect to the non-contact member is uniquely determined. However, the angle between the members to be joined that can be applied is limited according to the conical shape of the guide roller.
本発明のガイドブロックにおいて、前記ガイドローラが、円筒状であることが好ましい。
このような本発明では、円筒状のガイドローラの両端縁でそれぞれ一対の被接合部材に転動することができる。そして、ガイドローラが円筒状であることで、製造がきわめて容易になる。
なお、円筒状のガイドローラにおいては、一対の被接合部材に転動する両端縁を、それぞれ円錐面または球面状に面取りすることが好ましい。
In the guide block of the present invention, it is preferable that the guide roller is cylindrical.
In this aspect of the invention, both edges of the cylindrical guide roller can roll on the pair of members to be welded. Further, since the guide roller is cylindrical, manufacturing becomes extremely easy.
In addition, in the cylindrical guide roller, it is preferable to chamfer both end edges that roll on the pair of members to be joined into a conical surface or a spherical surface.
本発明のガイドブロックにおいて、前記ガイドローラが、並列配置された一対の円盤状部材であり、一方の前記円盤状部材が前記被接合部材の一方に当接可能かつ他方の前記円盤状部材が前記被接合部材の他方に当接可能であることが好ましい。
このような本発明では、一対の円盤状部材のうち、一方の被接合部材に当接するものと他方の被接合部材に当接するものとが分かれている。このため、ガイドブロックと一対の被接合部材とのなす姿勢などによって各々の当接部位での線速度が相違しても、各側の被接合部材と円盤状部材とが確実に転動し、滑りの発生を防止できる。
さらに、一対の円盤状部材でガイドローラを形成するため、材料を削減しつつ、製造を容易にできる。
ガイドローラとして用いる一対の円盤状部材は、一対を同じ回転軸で支持することができる。一対の円盤状部材の間には、各々の位置を維持するためのカラーを配置することができる。回転軸に対する傾きを防止するために、一対の円盤状部材の回転軸に挿通される部位は、回転軸の長手方向に所定の長さ(円盤状部材としては厚み)をもたせることができる。被接合部材に対する転動を適切にするために、円盤状部材の周縁の断面形状を円弧状にすることができる。
In the guide block of the present invention, the guide rollers are a pair of disk-shaped members arranged in parallel, one of the disk-shaped members being capable of coming into contact with one of the members to be joined, and the other of the disk-shaped members being the It is preferable to be able to abut on the other of the members to be joined.
In the present invention as described above, among the pair of disk-shaped members, one that abuts on one member to be joined and one that abuts on the other member to be joined are separated. Therefore, even if the linear velocities at the respective contacting portions are different depending on the attitude of the guide block and the pair of members to be joined, the members to be joined and the disk-like member on each side can roll reliably, Slipping can be prevented.
Furthermore, since the guide roller is formed by a pair of disk-shaped members, manufacturing can be facilitated while reducing materials.
A pair of disk-shaped members used as guide rollers can be supported by the same rotating shaft. A collar can be arranged between the pair of disk-shaped members to maintain their respective positions. In order to prevent tilting with respect to the rotating shaft, the portion of the pair of disk-shaped members inserted into the rotating shaft can have a predetermined length (thickness as a disk-shaped member) in the longitudinal direction of the rotating shaft. In order to properly roll against the members to be joined, the peripheral edge of the disk-shaped member may have an arcuate cross-sectional shape.
本発明のガイドブロックにおいて、一対の前記当接面は互いに所定の交差角度で交差する第1当接面および第2当接面であり、前記ガイド孔は前記第1当接面と前記第2当接面との交差部分の境界線またはその延長線上に配置されていることが好ましい。
第1当接面と第2当接面との交差角度としては、第1当接面および第2当接面の各々に直交する仮想平面において、第1当接面および第2当接面がなす角度とすることができる。または、第1当接面と第2当接面とが接合される接合線に直交する仮想平面において、第1当接面および第2当接面がなす角度としてもよい。
このような本発明では、ガイド孔に挿通された攪拌ピンを、第1当接面と第2当接面との交差部分つまり一対の被接合部材の交差部分に向けて保持することができ、摩擦攪拌接合に適切な状態で攪拌ピンをガイドしつつ、一対の被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制することができる。
In the guide block of the present invention, the pair of contact surfaces are a first contact surface and a second contact surface that intersect with each other at a predetermined crossing angle, and the guide hole is formed in the first contact surface and the second contact surface. It is preferably arranged on the boundary line of the intersection with the contact surface or its extension line.
As for the angle of intersection between the first contact surface and the second contact surface, the first contact surface and the second contact surface are at It can be an angle to make. Alternatively, it may be an angle formed by the first contact surface and the second contact surface on a virtual plane perpendicular to the joining line where the first contact surface and the second contact surface are joined.
In this aspect of the invention, the stirring pin inserted through the guide hole can be held toward the intersection of the first contact surface and the second contact surface, that is, the intersection of the pair of members to be welded, While guiding the stir pin in a state suitable for friction stir welding, the pair of members to be welded can be pressed to suppress lifting and vibration.
本発明のガイドブロックにおいて、前記第1当接面は円筒面であり、前記第2当接面は平面であることが好ましい。
このような本発明では、例えば、筒体の端部の内側に筒状の継手を接合する際に、外側の筒体の端面と第2当接面とが互いに平面どうしで密接し、内側の継手の表面と第1当接面とが互いに円筒面どうしで密接できる。これにより、ガイドブロックは、外側の筒体の端面および内側の継手の表面に安定的に保持され、一対の被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制することができる。
In the guide block of the present invention, it is preferable that the first contact surface is a cylindrical surface and the second contact surface is a flat surface.
In the present invention, for example, when a tubular joint is joined to the inner side of the end portion of the tubular body, the end surface of the outer tubular body and the second abutment surface are in close contact with each other with flat surfaces. The surface of the joint and the first contact surface can be brought into close contact with each other with cylindrical surfaces. As a result, the guide block is stably held on the end surface of the outer cylindrical body and the surface of the inner joint, and presses the pair of joined members to suppress lifting and vibration.
本発明のガイドブロックにおいて、前記第1当接面および前記第2当接面が、ともに円錐面であることが好ましい。
このような本発明では、例えば、外周縁に斜めに面取り加工された傾斜面を有する筒体の端部どうしを接合する場合、各々の傾斜面は、円錐面状の第1当接面および第2当接面と互いに密接することができる。これにより、ガイドブロックは、一対の筒体の傾斜面に安定的に保持され、一対の被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制することができる。
In the guide block of the present invention, it is preferable that both the first contact surface and the second contact surface are conical surfaces.
In the present invention, for example, when joining the ends of a cylindrical body having inclined surfaces chamfered obliquely on the outer peripheral edge, the respective inclined surfaces are conical first contact surfaces and first contact surfaces. The two abutment surfaces can be in close contact with each other. Accordingly, the guide block is stably held on the inclined surfaces of the pair of cylinders, and can suppress the pair of members to be joined to prevent them from rising and vibrating.
本発明の摩擦攪拌接合方法は、一対の被接合部材で形成される内隅部に対して摩擦攪拌接合を行う際に、攪拌ピンを回転自在に保持するガイド孔と、前記ガイド孔の側方に配置されたガイドローラと、前記ガイド孔を挟んで反対側に配置された一対の当接面と、を有するガイドブロックを用い、前記ガイドローラを一対の前記被接合部材の各々の表面に転動させるとともに、一対の前記当接面のうち一方を一対の前記被接合部材の一方に当接させかつ他方を一対の前記被接合部材の他方に当接させることを特徴とする。
このような本発明の摩擦攪拌接合方法によれば、前述した本発明のガイドブロックについて述べた通りの作用効果が得られる。
The friction stir welding method of the present invention comprises a guide hole for rotatably holding an agitation pin when performing friction stir welding on an inner corner formed by a pair of members to be welded; and a pair of abutment surfaces arranged on opposite sides of the guide hole, and the guide roller is rolled onto the surface of each of the pair of members to be joined. One of the pair of contact surfaces is brought into contact with one of the pair of members to be joined, and the other is brought into contact with the other of the pair of members to be joined.
According to such a friction stir welding method of the present invention, the effects as described for the guide block of the present invention can be obtained.
本発明によれば、内隅部を形成する一対の部材の表面が曲面でも被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制できるガイドブロックおよび摩擦攪拌接合方法が提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the guide block and friction stir welding method which can hold|suppress a to-be-joined member and can suppress a floating and vibration are provided even if the surface of a pair of member which forms an inner corner is a curved surface.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
〔第1実施形態〕
図1から図4には、本発明の第1実施形態が示されている。
図1において、本実施形態では、工作機械1の主軸2に装着された内隅接合用回転ツール10を用いて、ワーク3の内隅部4に対して摩擦攪拌接合を行う。
接合されるワーク3は、筒体5とその端部の内側に接合される筒状の継手6とで構成され、筒体5の端面7は平面であるが、継手6の表面8は円筒面である。
本実施形態では、表面8が円筒面である継手6が本発明における一方の被接合部材であり、端面7が平面である筒体5が本発明における他方の被接合部材に該当する。内隅部4は、端面7と表面8との間に形成され、その挟み角つまり端面7と表面8とがなす角度は90度である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[First embodiment]
1 to 4 show a first embodiment of the invention.
In FIG. 1, in this embodiment, friction stir welding is performed on an
The workpiece 3 to be joined is composed of a
In this embodiment, the joint 6 having the
図2、図3、図4、図5において、内隅接合用回転ツール10は、摩擦攪拌接合用の攪拌ピン11にガイドブロック20を装着して構成される。
ガイドブロック20は、金属材料の切削などで形成された板状の基部21を有する。
基部21の中央部には、攪拌ピン11を回転自在に保持するガイド孔22が形成されている。
ガイド孔22は、内側に図示しない軸受を有し、攪拌ピン11を回転自在に保持可能である。ガイド孔22の軸受にはスラスト軸受が含まれ、攪拌ピン11は図中上方から中心軸線22Cに沿ってガイド孔22に挿入され、図2、図4、図5の状態で進出を規制され、ガイドブロック20から所定量だけ突出した状態で回転自在に維持される。
2, 3, 4, and 5, the
The
A
The
基部21の一方の端部には、底面側に延びる一対の支持部23が形成され、一対の支持部23の間には軸部材25を介して球状のガイドローラ24が支持されている。
一対のガイドローラ24は、表面全体が球面とされているが、支持部23に臨む部分は平面とされている。図2および図4に示すように、ガイドローラ24は、球面部分の点28で継手6の表面8(被接合部材の一方)と当接するとともに、点27で筒体5の端面7(被接合部材の他方)と当接する。
A pair of
The entire surface of the pair of
基部21の他方の端部、つまりガイド孔22を挟んでガイドローラ24と反対側には、底面側に当接ブロック31が配置されている。当接ブロック31は、基部21を貫通するボルト32で固定されている。
なお、当接ブロック31は、ボルト32で基部21に固定されるものに限らず、他の固定手段で固定されてもよく、あるいは基部21と一体に形成されるものでもよい。
A
The
図2、図3および図5に示すように、当接ブロック31には、ボルト32と反対側に一対の当接面としての第1当接面33および第2当接面34が形成されている。
第1当接面33は、当接ブロック31の図5中下側の側縁の一方を図中下側の面に対して45度の傾斜で、かつ円筒面状に切り欠いて形成されている。第1当接面33の円筒面は、継手6の表面8と密接可能な曲率とされている。
第2当接面34は、当接ブロック31の図中下側の側縁の他方を図中下側の面に対して45度の傾斜で平面状に切り欠いて形成されている。第2当接面34は、第1当接面33に対して90度をなしており、第1当接面33が継手6の表面8と密接した状態で、筒体5の端面7に密着可能である。
As shown in FIGS. 2, 3 and 5, the
The
The
継手6が円筒状であれば、その表面8の母線は継手6の中心軸と平行である。筒体5の端面7は、通常筒体5の中心軸線に直交する平面とされる。継手6の表面8と筒体5の端面7とのなす角度は通常90度である。このため、第2当接面34と第1当接面33とのなす角度も90度とされている。このような角度設定により、第1当接面33が継手6の表面8と密接した状態で、筒体5の端面7に密着可能である。
当接ブロック31と第1当接面33および第2当接面34とのなす角度は、継手6の表面8および筒体5の端面7に対してなす角度が均等になるように、それぞれ45度ずつの合計90度とされている。これらは、例えば40度と50度の配分としてもよく、後述するガイド孔22の中心軸線22Cの角度、つまり継手6の表面8および筒体5の端面7に対する攪拌ピン11の角度を考慮して変更することができる。
If the joint 6 is cylindrical, the generatrix of its
The angles formed between the
第2当接面34と第1当接面33とのなす角度は、継手6の表面8と筒体5の端面7とのなす角度が90度でない場合、その角度に合わせて変更することができる。このような場合、当接ブロック31と第1当接面33および第2当接面34とのなす角度も、適宜変更することができる。例えば、継手6の表面8および筒体5の端面7に対してなす角度が80度である場合、それぞれ40度ずつの合計80度としてもよい。
If the angle formed by the
図3および図5に示すように、第1当接面33と第2当接面34との交差部分の境界線は、その延長線上にガイド孔22の中心軸線22Cおよびガイドローラ24の中心が通るように配置されている。ガイド孔22の中心軸線22Cは、第1当接面33および第2当接面34に対する角度がそれぞれ45度となっている。
As shown in FIGS. 3 and 5, the boundary line of the intersection between the
このような本実施形態では、次のような手順で摩擦攪拌接合を行う。
先ず、攪拌ピン11をガイド孔22に挿通して内隅接合用回転ツール10とした状態で主軸2に装着し、工作機械1を作動させて攪拌ピン11およびガイドブロック20をワーク3の内隅部4、つまり筒体5の端面7と継手6の表面8とで挟まれた継ぎ目部分に近接させる。
次に、主軸2を回転させて攪拌ピン11を回転させつつ、ガイドブロック20のガイドローラ24および当接ブロック31をそれぞれ表面8および端面7に当接させ、ガイド孔22に保持された攪拌ピン11を表面8および端面7との継ぎ目部分に押し付けることで筒体5と継手6との摩擦攪拌接合が開始される。
続いて、攪拌ピン11で筒体5と継手6とを摩擦攪拌しつつ、攪拌ピン11を表面8および端面7との継ぎ目に沿って移動させることで、表面8および端面7との継ぎ目は順次摩擦攪拌接合されてゆく。
この際、ガイドローラ24および当接ブロック31が攪拌ピン11の両側で表面8および端面7に転動し、ガイドブロック20ないし攪拌ピン11の向きが安定化され、さらに被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制する。
一方、当接ブロック31においては、第1当接面33および第2当接面34がそれぞれ表面8および端面7に密接された状態で移動することで、ガイド孔22に保持された攪拌ピン11は表面8および端面7との継ぎ目に対して常に一定の深さおよび角度に維持され、さらに被接合部材(継手6の表面8および筒体5の端面7)を押さえて浮き上がりや振動を抑制する。
このように、本実施形態においては、ガイドブロック20の一端側のガイドローラ24により、攪拌ピン11の表面8および端面7に対する角度が多少変動しても表面8および端面7を確実に押さえ付けることができるとともに、ガイドブロック20の他端側の当接ブロック31により、攪拌ピン11が表面8および端面7との継ぎ目に対して常に一定の深さおよび角度に維持でき、安定した摩擦攪拌接合を行うことができる。
In this embodiment, friction stir welding is performed in the following procedure.
First, the stirring
Next, while rotating the
Subsequently, while the
At this time, the
On the other hand, in the
Thus, in this embodiment, the
このような本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
本実施形態では、攪拌ピン11が挿通されたガイド孔22の両側一対のガイドローラ24を、それぞれ一対の被接合部材(筒体5および継手6)の各表面(端面7および表面8)に転動させることで、被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制し、回転する攪拌ピン11で一対の被接合部材の交差部分を摩擦攪拌接合することができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.
In this embodiment, a pair of
このとき、一対の被係合部材に対しては、それぞれガイドローラ24および当接ブロック31がガイド孔22を挟んで反対側の2箇所で当接する。
このうち、ガイドローラ24の当接(図2に示す2つの点27および2つの点28)は、一対の被接合部材の表面が平面でも曲面でも維持することができる。従って、内隅部4が平面である筒体5の端面7と円筒面である継手6の表面8で構成される場合でも、被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制することができる。
At this time, the
Of these, the contact of the guide rollers 24 (two
一方、当接ブロック31においては、第1当接面33および第2当接面34がそれぞれ表面8および端面7に密接された状態で移動することで、ガイド孔22に保持された攪拌ピン11は表面8および端面7との継ぎ目に対して常に一定の深さおよび角度に維持され、さらに被接合部材(継手6の表面8および筒体5の端面7)を押さえて浮き上がりや振動を抑制し、安定した摩擦攪拌接合が行われる。
つまり、本実施形態では、一対の被接合部材(継手6)の一方の表面(表面8)が曲面(円筒面)であっても、この曲面に対して第1当接面33が密接して面接触することで、当接ブロック31で被接合部材(継手6の表面8および筒体5の端面7)を押さえて安定させることができる。
On the other hand, in the
That is, in the present embodiment, even if one surface (surface 8) of the pair of members to be joined (joint 6) is a curved surface (cylindrical surface), the
本実施形態では、第1当接面33と第2当接面34とは互いに90度(45度+45度)で交差しており、ガイド孔22は第1当接面33と第2当接面34との交差部分の境界線の延長線上を貫通する配置とされている。
このため、ガイド孔22に挿通された攪拌ピン11を、第1当接面33と第2当接面34との交差部分の境界線の延長線に沿った一対の被接合部材(筒体5の端面7および継手6の表面8)の交差部分に向けて保持することができる。
In this embodiment, the
For this reason, the
このように、本実施形態のガイドブロック20は、一対の被接合部材の表面の平面および曲面である場合のほか、いずれも平面の場合、あるいは両方とも曲面の場合であっても、ガイド孔22の両側のガイドローラ24および当接ブロック31が一対の被接合部材の各々に当接でき、被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制できる。
As described above, the
〔第2実施形態〕
図6には、本発明の第2実施形態が示されている。
前述した第1実施形態では、摩擦攪拌接合する一対の被接合部材がワーク3の筒体5および継手6であり、筒体5の端面7が平面であり、継手6の表面8が円筒面であった。
これに対し、本実施形態では、図6に示すように、接合されるワーク3Aが同径の筒体5A,6Aであり、各々の端縁は斜め45度で面取り加工されて円錐面状の傾斜面7A,8Aとされ、これらの傾斜面7A,8Aにより内隅部4Aが形成されている。
[Second embodiment]
FIG. 6 shows a second embodiment of the invention.
In the first embodiment described above, the pair of members to be joined to be friction stir welded is the
On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 6, the
このような内隅部4Aに摩擦攪拌接合を行うために、本実施形態では、前述した第1実施形態と同じ内隅接合用回転ツール10を用いる。
第1実施形態で説明した通り(図2~図5参照)、内隅接合用回転ツール10のガイドブロック20は、一方の端部に球状のガイドローラ24を有し、他方の端部に一対の当接面(第1当接面33および第2当接面34)を有する当接ブロック31を有する。ただし、本実施形態では、第1当接面33および第2当接面34がともに傾斜面7A,8Aに対応した円錐面状に形成されている。
In order to perform friction stir welding on such an
As described in the first embodiment (see FIGS. 2 to 5), the
このような本実施形態では、一方の端部のガイドローラ24で傾斜面7A,8Aにそれぞれ当接するとともに、他方の端部の当接ブロック31が傾斜面7A,8Aに対して、それぞれ対応した円錐面状の第1当接面33および第2当接面34で当接することができ、一対の被接合部材(筒体5A,6A)の表面(傾斜面7A,8A)がともに曲面であっても、それぞれ確実に押さえることができ、浮き上がりや振動を抑制して安定させることができる。
In this embodiment, the
〔第3実施形態〕
図7には、本発明の第3実施形態が示されている。
前述した第1実施形態では、ガイドブロック20の一方の端部に球状のガイドローラ24を設け、摩擦攪拌接合する一対の被接合部材(筒体5の端面7および継手6の表面8)に転動させていた。
これに対し、本実施形態のガイドブロック20Aでは、図7に示すように、ガイドローラ24Aが、転動軸線方向(軸部材25の軸線方向)に短い偏平な球状とされている。
このような本実施形態では、ガイドローラ24Aが偏平で最外周半径が大きくなることで、一対の被接合部材(筒体5の端面7および継手6の表面8)の挟み角が小さい内隅部4(図1参照)であっても、その内側までガイドローラ24Aを導入することができ、内隅接合用回転ツール10としての適用範囲を拡張できる。
[Third embodiment]
FIG. 7 shows a third embodiment of the invention.
In the first embodiment described above, a
On the other hand, in the
In this embodiment, since the
〔第4実施形態〕
図8には、本発明の第4実施形態が示されている。
前述した第1実施形態では、ガイドブロック20の一方の端部に球状のガイドローラ24を設け、摩擦攪拌接合する一対の被接合部材(筒体5の端面7および継手6の表面8)に転動させていた。
これに対し、本実施形態のガイドブロック20Bでは、図8に示すように、ガイドローラ24Bが、互いの底面側が接合された一対の円錐形状とされている。すなわち、ガイドローラ24Bは、転動軸線方向(軸部材25の軸線方向)の一方の側に円錐面241が形成され、他方の側に逆向きの円錐面242が形成され、その間の外周面は円筒面243とされている。
ここで、円錐面241および円錐面242は、それぞれ母線の角度が転動軸線に対して45度とされ、互いの母線どうしは90度とされている。第1実施形態で説明した通り、円錐面241および円錐面242が転動する一対の被接合部材(筒体5の端面7および継手6の表面8)は、端面7と表面8との挟み角が90度とされており、円錐面241および円錐面242の角度は一対の被接合部材の挟み角に応じて設定されている。
[Fourth embodiment]
FIG. 8 shows a fourth embodiment of the invention.
In the first embodiment described above, a
On the other hand, in the
Here, the
このような本実施形態では、ガイドローラ24Bにおいて、一対の円錐形状(円錐面241,242)の母線のなす角度と一対の被接合部材の挟み角(筒体5の端面7および継手6の表面8のなす角度)とを一致させたので、一対の円錐面241,242がそれぞれ被接合部材の一方(継手6の表面8)および他方(筒体5の端面7)に対し、点ではなく線27B,28Bで接触し、ガイドブロック20Bを安定保持するとともに、被接合部材を押さえて浮き上がりや振動を抑制できる。
すなわち、第1実施形態のように、一対のガイドローラ24が球状である場合、ガイドブロック20は被接合部材の各々(筒体5および継手6)に対し、ガイドローラ24の中心どうしを結ぶ線分を軸として回動する余地がある。これに対し、本実施形態の円錐面241,242のように一対の円錐形状であれば、このような回動の余地はなく、非接触部材に対するガイドブロック20Bの向きは一意に決まり、攪拌ピン11のガイドを一層安定した状態で適切に行うことができる。
In this embodiment, in the
That is, when the pair of
〔第5実施形態〕
図9には、本発明の第5実施形態が示されている。
前述した第1実施形態では、ガイドブロック20の一方の端部に球状のガイドローラ24を設け、摩擦攪拌接合する一対の被接合部材(筒体5の端面7および継手6の表面8)に転動させていた。
これに対し、本実施形態のガイドブロック20Cでは、図9に示すように、ガイドローラ24Cが、円筒状とされている。
このような本実施形態では、円筒状のガイドローラ24Cの両端縁の点27,28でそれぞれ一対の被接合部材(筒体5の端面7および継手6の表面8)に転動することができる。そして、ガイドローラが円筒状であることで、製造がきわめて容易になる。
なお、円筒状のガイドローラ24Cにおいては、一対の被接合部材に転動する両端縁を、それぞれ円錐面または球面状に面取りすることが好ましい。
[Fifth embodiment]
FIG. 9 shows a fifth embodiment of the invention.
In the first embodiment described above, a
On the other hand, in the
In this embodiment, the
In addition, in the
〔第6実施形態〕
図10には、本発明の第5実施形態が示されている。
前述した第1実施形態では、ガイドブロック20の一方の端部に球状のガイドローラ24を設け、摩擦攪拌接合する一対の被接合部材(筒体5の端面7および継手6の表面8)に転動させていた。
これに対し、本実施形態のガイドブロック20Dでは、図10に示すように、第1実施形態のガイドローラ24に代えて2個一対の円盤状のガイドローラ24Dが設置されている。
[Sixth embodiment]
FIG. 10 shows a fifth embodiment of the invention.
In the first embodiment described above, a
On the other hand, in the
2個のガイドローラ24Dは、それぞれ円盤状の部材の周面を丸めて形成され、外周部の断面は円弧状ないし半円形とされている。2個のガイドローラ24Dは、同じ軸部材25に挿通され、その軸線方向を中心に回転自在に支持されている。
ガイドローラ24Dは、軸部材25に対して傾きを生じないように、軸部材25が貫通される部分の厚みを確保されている。軸部材25の中間部にはカラー25Dが挿通され、同じ軸部材25に支持された2個のガイドローラ24Dはカラー25Dにより互いの間隔を一定に保持されている。2個のガイドローラ24Dと支持部23の内側面との間には、軸部材25に挿通された図示しないワッシャを装着してもよい。
Each of the two
The thickness of the portion through which the
これらにより、本実施形態のガイドブロック20Dでは、ガイド孔22を挟んだ両側の支持部23の内側に、2個のガイドローラ24Dが互いにカラー25D分の間隔を空けて並列配置される。そして、これらの円盤状のガイドローラ24Dの外周でそれぞれ一対の被接合部材(筒体5の端面7および継手6の表面8)に転動することができる。
このような本実施形態では、同じ軸部材25に支持された一対のガイドローラ24Dの一方および他方が、それぞれ一方の被接合部材(筒体5の端面7)および他方の被接合部材(継手6の表面8)に個々に当接する。このため、ガイドブロック20Dと一対の被接合部材とのなす姿勢などによって各々の当接部位での線速度が相違しても、各側の被接合部材と各々に当接するガイドローラ24Dとが確実に転動し、滑りの発生を防止できる。
さらに、一対の円盤状部材でガイドローラ24Dを形成するため、材料を削減しつつ、製造を容易にできる。また、2個のガイドローラ24Dを同じ軸部材25で支持し、カラー25Dで間隔を保持するため、各部品を簡素化でき、この点でも製造を容易にできる。
As a result, in the
In this embodiment, one and the other of the pair of
Furthermore, since the
〔他の実施形態〕
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
前記実施形態では、基部21と支持部23とを一体に形成するとしたが、基部21と支持部23とを別体で形成し、ボルトなどで接合してもよい。
前記実施形態において、基部21の厚みを増すことにより、ガイド孔22に挿通された攪拌ピン11の位置精度、つまり攪拌ピン11の中心軸とガイド孔22の中心軸線22Cとのずれや傾きを低減できる。
前記実施形態において、一対の被接合部材(筒体5の端面7と継手6の表面8あるいは筒体5A,6Aの傾斜面7A,8A)に2点の当接が維持できる曲面の範囲は、ガイドローラ24~24Cの間隔や寸法形状などに応じて変化する。また、ガイド孔22に保持される攪拌ピン11の突き出し長さは、被接合部材の表面の曲率に応じて調節することが好ましい。
[Other embodiments]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes modifications within the scope of achieving the object of the present invention.
Although the
In the above-described embodiment, by increasing the thickness of the
In the above-described embodiment, the range of curved surfaces in which two points of contact can be maintained between the pair of members to be joined (the
前記実施形態では、第1当接面33および第2当接面34が、それぞれ連続した曲面(円筒面あるいは円錐面)あるいは平面とされていたが、第1当接面33および第2当接面34の表面は連続面に限らない。
例えば、第1当接面33または第2当接面34に多数の凹凸が形成され、各凸部の先端が同じ仮想的な円筒面、円錐面に沿った曲面または平面となっていてもよく、各凸部の先端面が被接合部材の表面に同時に密接することで、当接ブロック31で被接合部材の表面を押さえて安定させることができればよい。
In the above-described embodiment, the
For example, a number of irregularities may be formed on the
前記各実施形態において、基部21、支持部23、あるいは当接ブロック31には、内部に摩擦攪拌接合に伴う熱を発散させるための冷媒通路が設けられていてもよい。
前記各実施形態において、ガイド孔22には、攪拌ピン11に接する軸受または支持部材などが、着脱自在な分割構造とされ、適宜交換可能とされていてもよい。
In each of the above-described embodiments, the
In each of the above-described embodiments, the
本発明は内隅部摩擦攪拌接合用のガイドブロックおよび摩擦攪拌接合方法として利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used as a guide block for inner corner friction stir welding and a friction stir welding method.
1…工作機械、2…主軸、3,3A…ワーク、4,4A…内隅部、5,5A…一対の被接合部材の他方である筒体、6…一対の被接合部材の一方である継手、6A…一対の被接合部材の一方である筒体、7…一対の被接合部材の他方の表面である端面、7A…一対の被接合部材の他方の傾斜面、8…一対の被接合部材の一方の表面、8A…一対の被接合部材の一方の表面である傾斜面、10…内隅接合用回転ツール、11…攪拌ピン、20,20A,20B,20C,20D…ガイドブロック、21…基部、22…ガイド孔、22C…中心軸線、23…支持部、24,24A,24B,24C,24D…ガイドローラ、31…当接ブロック、32…ボルト、33…第1当接面、34…第2当接面、241…円錐面、242…円錐面、243…円筒面、25…軸部材、25D…カラー、27,28…一対の被接合部材とガイドローラとが当接する点、27B,28B…一対の被接合部材とガイドローラとが当接する線。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記攪拌ピンを回転自在に保持するガイド孔と、前記ガイド孔の側方に配置されたガイドローラと、前記ガイド孔を挟んで反対側に配置された一対の当接面と、を有し、
前記ガイドローラは、一対の前記被接合部材の各々の表面に転動可能であり、
一対の前記当接面は、一方が一対の前記被接合部材の一方に当接可能かつ他方が一対の前記被接合部材の他方に当接可能であることを特徴とするガイドブロック。 A guide block that presses a member to be welded to perform friction stir welding on an inner corner formed by a pair of members to be welded,
a guide hole for rotatably holding the stirring pin, a guide roller arranged on the side of the guide hole, and a pair of contact surfaces arranged on opposite sides of the guide hole,
The guide roller is rollable on the surface of each of the pair of members to be joined,
A guide block, wherein one of the pair of contact surfaces can contact one of the pair of members to be joined, and the other can contact the other of the pair of members to be joined.
前記ガイドローラが、球状であることを特徴とするガイドブロック。 In the guide block according to claim 1,
A guide block, wherein the guide roller is spherical.
前記ガイドローラは、転動軸線方向が短い偏平な球状であることを特徴とするガイドブロック。 In the guide block according to claim 2,
The guide block, wherein the guide roller has a flat spherical shape with a short rolling axis direction.
前記ガイドローラが、互いの底面側が接合された一対の円錐形状であることを特徴とするガイドブロック。 In the guide block according to claim 1,
A guide block, wherein the guide rollers are a pair of conical shapes joined to each other at their bottom surfaces.
前記ガイドローラが、円筒状であることを特徴とするガイドブロック。 In the guide block according to claim 1,
A guide block, wherein the guide roller is cylindrical.
前記ガイドローラが、並列配置された一対の円盤状部材であり、一方の前記円盤状部材が前記被接合部材の一方に当接可能かつ他方の前記円盤状部材が前記被接合部材の他方に当接可能であることを特徴とするガイドブロック。 In the guide block according to claim 1,
The guide rollers are a pair of disk-shaped members arranged in parallel, one of the disk-shaped members can contact one of the members to be joined, and the other of the disk-shaped members can contact the other of the members to be joined. A guide block characterized by being connectable.
一対の前記当接面は互いに所定の交差角度で交差する第1当接面および第2当接面であり、前記ガイド孔は前記第1当接面と前記第2当接面との交差部分の境界線またはその延長線上に配置されていることを特徴とするガイドブロック。 In the guide block according to any one of claims 1 to 6,
The pair of contact surfaces are a first contact surface and a second contact surface that intersect each other at a predetermined intersection angle, and the guide hole is an intersection portion between the first contact surface and the second contact surface. A guide block characterized by being arranged on the boundary line of or its extension line.
前記第1当接面は円筒面であり、前記第2当接面は平面であることを特徴とするガイドブロック。 In the guide block according to claim 7,
The guide block, wherein the first contact surface is a cylindrical surface, and the second contact surface is a flat surface.
前記第1当接面および前記第2当接面が、ともに円錐面であることを特徴とするガイドブロック。 In the guide block according to claim 7,
A guide block, wherein both the first contact surface and the second contact surface are conical surfaces.
攪拌ピンを回転自在に保持するガイド孔と、前記ガイド孔の側方に配置されたガイドローラと、前記ガイド孔を挟んで反対側に配置された一対の当接面と、を有するガイドブロックを用い、
前記ガイドローラを一対の前記被接合部材の各々の表面に転動させるとともに、
一対の前記当接面のうち一方を一対の前記被接合部材の一方に当接させかつ他方を一対の前記被接合部材の他方に当接させることを特徴とする摩擦攪拌接合方法。 When friction stir welding is performed on an inner corner formed by a pair of members to be welded,
A guide block having a guide hole for rotatably holding an agitation pin, a guide roller arranged on the side of the guide hole, and a pair of contact surfaces arranged on the opposite sides of the guide hole. using
While rolling the guide rollers on the surfaces of the pair of members to be joined,
A friction stir welding method, wherein one of the pair of contact surfaces is brought into contact with one of the pair of members to be joined, and the other is brought into contact with the other of the pair of members to be joined.
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