JP4861038B2 - Adapter, adapter cooling method and friction stir welding method - Google Patents
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Description
本発明は、アダプタ、アダプタの冷却方法及び摩擦撹拌接合方法に関する。 The present invention relates to an adapter, a method for cooling the adapter, and a friction stir welding method.
先端に突起のある工具を加工機のホルダに装着し当該工具を回転させながら、接合対象となる材料の突き合わせ部に押し当て、摩擦熱によって塑性流動化した材料を撹拌し同化させて接合する摩擦撹拌接合方法が知られている。このような摩擦撹拌接合方法にあっては、接合対象として例えば鉄系材料やチタン合金等の高融点材料を用いると、工具周りの温度が例えば1000〜1200°C程度となり、この熱が工具側から加工機のホルダ側に伝わり、加工機が傷む等の悪影響を及ぼす場合がある。 Friction that attaches a tool with a protrusion at the tip to the holder of a processing machine and presses it against the abutting part of the material to be joined, stirs and assimilates the plastic fluidized material by frictional heat Stir welding methods are known. In such a friction stir welding method, when a high melting point material such as an iron-based material or a titanium alloy is used as a joining target, the temperature around the tool becomes, for example, about 1000 to 1200 ° C., and this heat is transferred to the tool side. May be transmitted to the holder side of the processing machine, and the processing machine may be damaged.
ここで、加工機で生じる熱の冷却又は放熱或いは熱の伝幡の抑制の技術が以下の各特許文献に種々提案されている。特許文献1には、加工機のスピンドルに対して冷媒を流す技術が開示されている。また、特許文献2には、工具内に冷媒を流す技術や、工具に霧状の冷却剤を噴霧する技術が開示されている。また、特許文献3には、工具の外周にフィンを設けた技術が開示されている。また、特許文献4には、スピンドルに装着されるホルダの外周に断熱用の溝を設けた技術が開示されている。また、特許文献5には、工具を装着するホルダ内に冷媒を流す技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1のスピンドルに対して冷媒を流す技術は、接合対象を例えばアルミニウム等の低融点材料をとした場合には加工機本体に対する熱の影響は少なく、従って、ランニングコスト低減のために冷媒を流さないことが求められるが、冷媒を流さないとベアリングやパッキン等の部品が工具側の熱のために傷む虞があると共に、冷媒を導通しないスピンドル筐体への交換は現実的ではない。
However, the technique of flowing a coolant to the spindle of
また、特許文献2の工具に冷媒を流す技術は、工具が小さいため、冷却効率が悪く、且つ、小さい工具内に冷媒を流す通路を設ける必要があるため、製造が難しい。また、特許文献2の工具に霧状の冷却剤を噴霧する技術は、工具が小さいため、冷却効率が悪い。
Moreover, since the technique of flowing a refrigerant | coolant to the tool of
また、特許文献3の工具の外周にフィンを設ける技術は、工具が小さいため、冷却効率が悪く、且つ、製造が難しい。
Moreover, since the technique which provides a fin on the outer periphery of the tool of
また、特許文献4のホルダのテーパー状の外周に断熱用の溝を設ける技術は、工具側に熱がこもり、工具が劣化する虞がある。また、スピンドルとホルダとの間の接触部の面圧が高くなるという問題もある。 Moreover, the technique of providing the groove | channel for heat insulation in the taper-shaped outer periphery of the holder of patent document 4 has a possibility that a tool may heat up and a tool may deteriorate. There is also a problem that the surface pressure of the contact portion between the spindle and the holder increases.
また、特許文献5のホルダ内に冷媒を流す技術にあっては、接合対象を例えばアルミニウム等の低融点材料をとした場合には、加工機本体に対する熱の影響は少なく、従って、ランニングコスト低減のために冷媒を流さないことが求められるが、このように冷媒を流さないと、ホルダ側に設けたベアリングやパッキン等の部品が、工具側の熱のために傷む虞がある。従って、このような部品が設けられていない汎用ホルダとの交換が必要となるが、ホルダは重く且つスピンドルの中に嵌り込んでいる/嵌め込む必要があり、交換時の作業性が悪いという問題がある。 Further, in the technique of flowing a refrigerant through the holder of Patent Document 5, when a low melting point material such as aluminum is used as a joining target, the influence of heat on the processing machine main body is small, and therefore the running cost is reduced. However, if the coolant is not flowed in this manner, components such as bearings and packing provided on the holder side may be damaged due to heat on the tool side. Therefore, it is necessary to replace with a general-purpose holder not provided with such parts, but the holder is heavy and needs to be fitted into the spindle / must be fitted, and the workability at the time of replacement is poor. There is.
上記各種問題は、高融点材料に対して摩擦撹拌接合を行う場合に特に顕著であるが、機械加工を行う場合にも同様に生じる虞がある。 The above-mentioned various problems are particularly remarkable when friction stir welding is performed on a high-melting-point material, but may also occur when machining is performed.
本発明は、このような課題を解決するために成されたものであり、工具とホルダとの間に設けられるものであり、摩擦撹拌接合時の加工機への熱影響を防止することが可能であり、且つ、製造が容易であり、且つ、工具の劣化の虞を無くすことが可能であり、且つ、汎用ホルダの使用を可能とするアダプタ、このアダプタの冷却方法及び摩擦撹拌接合方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and is provided between a tool and a holder, and can prevent a thermal influence on a processing machine during friction stir welding. An adapter that is easy to manufacture, can eliminate the risk of tool deterioration, and can use a general-purpose holder, a cooling method for the adapter, and a friction stir welding method are provided. The purpose is to do.
本発明によるアダプタは、工具を用いて摩擦撹拌接合を行う加工機に対し用いられ、一端側が工具を着脱可能に取り付け可能とされ、他端側が加工機のホルダに着脱可能に取り付け可能とされ、工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱を冷却するための冷却手段を備えることを特徴とするアダプタである。 The adapter according to the present invention is used for a processing machine that performs friction stir welding using a tool, and one end side can be removably attached to the tool, and the other end side can be removably attached to a holder of the processing machine. An adapter comprising cooling means for cooling heat transmitted from a tool side to a holder side of a processing machine.
このような本発明によれば、アダプタが工具とホルダとの間に取り付けられ、当該アダプタにより工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱が冷却される。このアダプタは工具を装着するものであるから工具より大きく、このアダプタにより熱が冷却されるため、工具を冷却する場合に比して冷却効率を高めることが可能とされ、接合又は加工時の加工機への熱影響を防止することが可能とされる。また、このように工具より大きいため、製造が容易とされる。また、このようにホルダと工具との間のアダプタにより熱が冷却されるため、工具側に熱がこもることが無く工具の劣化の虞を無くすことが可能とされると共に汎用ホルダの使用が可能とされる。なお、アダプタはホルダに装着されるものであるからホルダより小さくて軽く、且つ、ホルダに対する着脱は容易であるため、このアダプタを交換する場合の作業性は良好とされる。 According to the present invention, the adapter is attached between the tool and the holder, and heat transmitted from the tool side to the holder side of the processing machine is cooled by the adapter. This adapter is larger than the tool because it is equipped with a tool, and since this adapter cools the heat, it is possible to increase the cooling efficiency compared to cooling the tool. It is possible to prevent the influence of heat on the machine. Moreover, since it is larger than a tool in this way, manufacture is facilitated. In addition, since the heat is cooled by the adapter between the holder and the tool in this way, the heat is not trapped on the tool side, and the possibility of deterioration of the tool can be eliminated and a general-purpose holder can be used. It is said. Since the adapter is attached to the holder, it is smaller and lighter than the holder, and can be easily attached to and detached from the holder, so that the workability when replacing the adapter is good.
この冷却手段としては種々挙げられるが、具体的には、放熱フィンを備える構成が好ましい。このような構成を採用した場合、加工機による摩擦撹拌接合時にあって、放熱フィンによる放熱及び放熱フィンの回転による空気流の形成によって、工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱が効果的に冷却される。 Various examples of the cooling means may be mentioned. Specifically, a configuration including a heat radiating fin is preferable. When such a configuration is adopted, the heat transmitted from the tool side to the holder side of the processing machine is effectively obtained by the heat stir welding by the processing machine and the formation of the air flow by the heat radiation by the heat radiation fin and the rotation of the heat radiation fin. To be cooled.
また、冷却手段としては、冷媒を流すための通路を備える構成も挙げられる。このような構成を採用した場合、加工機による摩擦撹拌接合時にあって、通路に冷媒を流すことで、工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱が効果的に冷却される。ここで、回転側である冷媒を流す通路と固定側である冷媒源側との接続には、スイベルジョイントを採用するのが好ましい。 Moreover, the structure provided with the channel | path for flowing a refrigerant | coolant as a cooling means is also mentioned. When such a configuration is adopted, the heat transmitted from the tool side to the holder side of the processing machine is effectively cooled by flowing the coolant through the passage at the time of friction stir welding by the processing machine. Here, it is preferable to employ a swivel joint for connection between the passage through which the refrigerant on the rotating side flows and the refrigerant source side on the stationary side.
また、本発明によるアダプタの冷却方法は、上記アダプタを用い、アダプタの一端側に工具を装着すると共にアダプタの他端側をホルダに装着して加工機による摩擦撹拌接合を行う際に、アダプタに冷媒を吹き付け、工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱を冷却することを特徴としている。 The adapter cooling method according to the present invention uses the above adapter, and when the tool is attached to one end of the adapter and the other end of the adapter is attached to the holder and the friction stir welding is performed by the processing machine, A coolant is sprayed to cool the heat transmitted from the tool side to the holder side of the processing machine.
このようなアダプタの冷却方法によれば、アダプタに冷媒が吹き付けられて工具側から加工機のホルダ側に伝わる熱が冷却される。このアダプタは、前述のように、工具より大きいため、工具に霧状の冷却剤を噴霧する従来技術に比して冷却効率が高く、摩擦撹拌接合時の加工機への熱影響が効果的に防止されると共に、ホルダと工具との間のアダプタにより熱が冷却されるため、工具側に熱がこもることが無く工具の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダの使用が可能とされる。 According to such a cooling method for the adapter, the coolant is sprayed onto the adapter to cool the heat transmitted from the tool side to the holder side of the processing machine. Since this adapter is larger than the tool as described above, it has a higher cooling efficiency than the conventional technique in which a mist-like coolant is sprayed on the tool, and the heat effect on the processing machine during friction stir welding is effectively reduced. In addition to being prevented, heat is cooled by the adapter between the holder and the tool, so that heat is not trapped on the tool side, there is no risk of deterioration of the tool, and a general-purpose holder can be used.
また、本発明による摩擦撹拌接合方法は、上記アダプタを用い、アダプタの一端側に工具を装着すると共にアダプタの他端側をホルダに装着して加工機により摩擦撹拌接合を行うことを特徴としている。 The friction stir welding method according to the present invention is characterized in that the adapter is used, a tool is mounted on one end side of the adapter, and the other end side of the adapter is mounted on a holder and friction stir welding is performed by a processing machine. .
このような摩擦撹拌接合方法によれば、加工機への熱影響が防止されると共に工具の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダの使用が可能とされる摩擦撹拌接合を行うことができる。 According to such a friction stir welding method, it is possible to perform friction stir welding that prevents the influence of heat on the processing machine, prevents the deterioration of the tool, and enables the use of a general-purpose holder.
このように本発明のアダプタによれば、摩擦撹拌接合時の加工機への熱影響を防止することが可能となり、且つ、製造が容易であり、且つ、工具の劣化の虞を無くすことが可能となり、且つ、汎用ホルダの使用が可能となる。また、本発明によれば、加工機への熱影響を防止できると共に工具の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダの使用を可能とするアダプタの冷却方法、摩擦撹拌接合方法を提供できる。 As described above, according to the adapter of the present invention, it is possible to prevent the influence of heat on the processing machine at the time of friction stir welding, it is easy to manufacture, and the possibility of deterioration of the tool can be eliminated. In addition, a general-purpose holder can be used. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a method for cooling an adapter and a friction stir welding method that can prevent the influence of heat on the processing machine, have no risk of tool deterioration, and can use a general-purpose holder.
以下、本発明によるアダプタ、アダプタの冷却方法及び摩擦撹拌接合方法の好適な実施形態について図1〜図4を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an adapter, an adapter cooling method, and a friction stir welding method according to the present invention will be described with reference to FIGS. Note that, in each drawing, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第一実施形態に係るアダプタに工具を装着し当該アダプタをホルダに装着した状態を示す斜視図、図2は、図1の分解斜視図であり、本実施形態のアダプタは、摩擦撹拌接合を行う加工機に対し用いられるものであり、接合対象を例えば鉄系材料やチタン合金等の高融点材料とした場合に特に有効なものである。 FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a tool is mounted on an adapter according to the first embodiment of the present invention and the adapter is mounted on a holder. FIG. 2 is an exploded perspective view of FIG. Is used for a processing machine that performs friction stir welding, and is particularly effective when the object to be joined is a high melting point material such as an iron-based material or a titanium alloy.
図2に示すように、アダプタ1は、略段付円柱状に構成され、軸線方向中央部の大径部1a、この大径部1aより図示下側(一端側)の中径部1b、大径部1aより図示上側(他端側)の小径部1cを備えている。
As shown in FIG. 2, the
大径部1a及び中径部1bには、当該中径部1bの端面から開口される装着孔(不図示)が工具(ツール)2を着脱可能に装着するためのものとして設けられている。また、小径部1cは、摩擦撹拌接合を行う加工機に取り付けられたミーリングチャック等の汎用ホルダ3に対して、着脱可能に装着するためのものとして設けられている。
The large-
大径部1a及び中径部1bの外周面には、円環状の放熱フィン1dが多数軸線方向に離間して並設するように設けられている。この放熱フィン1dは、工具2側からホルダ3側に伝わる熱を冷却するための冷却手段を構成するものである。
A large number of annular
そして、加工機により摩擦撹拌接合を行う際には、図1に示すように、工具2がアダプタ1の装着孔に挿入されてアダプタ1に着脱可能に取り付けられると共に、アダプタ1がホルダ3に設けられた装着孔3a(図2参照)に挿入されてホルダ3に着脱可能に取り付けられる。
When the friction stir welding is performed by the processing machine, the
従って、摩擦撹拌接合時にあっては、放熱フィン1dによる放熱が行われると共に放熱フィン1dの回転により空気流が形成され、工具2側からホルダ3側に伝わる熱が効果的に冷却される。
Therefore, at the time of friction stir welding, heat is dissipated by the heat dissipating fins 1d and an air flow is formed by the rotation of the heat dissipating fins 1d, and the heat transmitted from the
このように、アダプタ1は工具2を装着するものであるから工具2より大きく、このアダプタ1に設けられた放熱フィン1dにより熱が冷却されるため、工具2に放熱フィンや冷媒通路を設けて冷却する従来技術に比して冷却効率が高められ、摩擦撹拌接合時の加工機への熱影響が防止される。また、このようにアダプタ1は工具2より大きいため、工具2に放熱フィンや冷媒通路を設けて冷却する従来技術に比して製造が容易とされる。また、このようにホルダ3と工具2との間のアダプタ1により熱が冷却されるため、工具2側に熱がこもることが無く工具2の劣化の虞が無いと共に汎用ホルダ3の使用が可能とされている。また、従来技術で述べた面圧の問題も無くされている。
Thus, since the
従って、本発明の摩擦撹拌接合方法によれば、加工機への熱影響が防止されると共に工具2の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダ3の使用が可能とされている。
Therefore, according to the friction stir welding method of the present invention, the influence of heat on the processing machine is prevented, the
図3は、本発明の第二実施形態に係るアダプタに工具を装着しホルダと共に示す分解斜視図である。この第二実施形態のアダプタ11が第一実施形態のアダプタ1と違う点は、円環状の放熱フィン1dに代えて平板状の放熱フィン11dを用いた点である。この放熱フィン11dは、軸線方向に延びる矩形状の平板であり、大径部1a及び中径部1bの外周面に対して、周方向に多数が離間して並設するように設けられている。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing a tool attached to the adapter according to the second embodiment of the present invention and the holder. The difference between the
このような第二実施形態にあっても、第一実施形態と同様な作用・効果を奏するというのはいうまでもない。 Needless to say, even in such a second embodiment, the same actions and effects as in the first embodiment can be achieved.
図4は、本発明の第三実施形態に係るアダプタに工具を装着しホルダと共に示す分解斜視図である。この第三実施形態のアダプタ21が第二実施形態のアダプタ11と違う点は、大径部1aの外周面の平板状の放熱フィン11dに代えて、螺旋状の放熱フィン21dを周方向に多数が離間して並設するように設けた点である。
FIG. 4 is an exploded perspective view showing a tool attached to the adapter according to the third embodiment of the present invention and the holder. The difference between the
このような第三実施形態にあっても、第二実施形態と同様な作用・効果を奏するというのはいうまでもない。 Needless to say, even in the third embodiment, the same actions and effects as those in the second embodiment can be achieved.
また、上記実施形態においては、工具2側から加工機のホルダ3側に伝わる熱を冷却するための冷却手段として、特に効果的であるとして、放熱フィン1d,11d,21dを備える構成を挙げているが、冷媒を流すための通路を備える構成としても良い。この冷媒とは冷却水等の冷却液体や冷却気体等である。このような冷媒を流すための通路を備えているアダプタにあっても、アダプタは工具2を装着するものであるから工具2より大きく、このアダプタに設けられた冷媒通路に冷媒を流すことにより熱が冷却されるため、工具に放熱フィンや冷媒通路を設けて冷却する従来技術に比して冷却効率が高められ、摩擦撹拌接合時の加工機への熱影響が防止される。また、このようにアダプタは工具2より大きいため、工具2に放熱フィンや冷媒通路を設けて冷却する従来技術に比して製造が容易とされる。また、このようにホルダ3と工具2との間のアダプタにより熱が冷却されるため、工具2側に熱がこもることが無く工具2の劣化の虞が無いと共に汎用ホルダ3の使用が可能とされている。また、従来技術で述べた面圧の問題も無くされている。従って、この冷媒通路を有するアダプタを用いた加工機による摩擦撹拌接合によれば、加工機への熱影響が防止されると共に工具2の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダ3の使用が可能とされる。ここで、回転側である冷媒を流す通路と固定側である冷媒源側との接続には、スイベルジョイントを採用するのが好ましい。この冷媒を流すための通路は、放熱フィン1d,11d,21dに代えて設けても良く、また、放熱フィン1d,11d,21dと共に設けても良い。なお、アダプタはホルダ3に装着されるものであるからホルダ3より小さくて軽く、且つ、ホルダ3に対する着脱は容易であるため、このアダプタを交換する場合の作業性は良好である。
Moreover, in the said embodiment, as a cooling means for cooling the heat | fever transmitted from the
また、上記アダプタを用いて加工機による摩擦撹拌接合を行う際に、アダプタに冷媒を吹き付け、工具2側から加工機のホルダ3側に伝わる熱を冷却するようにしても良い。このアダプタは、前述のように、工具2より大きいため、工具に霧状の冷却剤を噴霧する従来技術に比して冷却効率が高く、摩擦撹拌接合時の加工機への熱影響が効果的に防止されると共に、ホルダ3と工具2との間のアダプタにより熱が冷却されるため、工具2側に熱がこもることが無く工具2の劣化の虞が無く且つ汎用ホルダ3の使用が可能とされる。このアダプタに対する冷媒の吹き付けは、放熱フィン1d,11d,21dを有するアダプタ1,11,21に対して行っても良く、また、通路に冷媒が流されるアダプタに対して行っても良く、また、放熱フィン1d,11d,21dを有すると共に通路に冷媒が流されるアダプタに対して行っても良く、また、放熱フィン及び冷媒通路を備えないアダプタに対して行っても良い。
Moreover, when performing friction stir welding by a processing machine using the said adapter, you may make it cool a heat | fever transmitted from the
1,11,21…アダプタ、1b…一端側、1c…他端側、1d,11d,21d…放熱フィン(冷却手段)、2…工具、3…ホルダ。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
一端側が前記工具を着脱可能に取り付け可能とされ、他端側が前記加工機のホルダに着脱可能に取り付け可能とされ、
前記工具側から前記加工機のホルダ側に伝わる熱を冷却するための冷却手段を備えることを特徴とするアダプタ。 Used for processing machines that perform friction stir welding using tools,
One end side can be detachably attached to the tool, and the other end side can be detachably attached to the holder of the processing machine.
An adapter comprising cooling means for cooling heat transmitted from the tool side to the holder side of the processing machine.
前記アダプタに冷媒を吹き付け、前記工具側から前記加工機のホルダ側に伝わる熱を冷却することを特徴とするアダプタの冷却方法。 The adapter according to any one of claims 1 to 3 , wherein the tool is attached to one end side of the adapter and the other end side of the adapter is attached to the holder to perform friction stir welding by the processing machine. When doing
A cooling method for an adapter, wherein a coolant is sprayed on the adapter to cool heat transmitted from the tool side to a holder side of the processing machine.
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