JP5045588B2 - Friction stir welding tool and point welding method - Google Patents
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Description
本発明は、摩擦攪拌接合による点接合を行う際に用いる摩擦攪拌接合ツールの技術に関し、より詳しくは、点接合した被接合物の上板が浮き上がることを防止できる摩擦攪拌接合ツールと、これを用いた点接合方法の技術に関する。 The present invention relates to a technology of a friction stir welding tool used when performing spot welding by friction stir welding, and more specifically, a friction stir welding tool capable of preventing an upper plate of a point-joined workpiece from being lifted, and It is related with the technique of the used point joining method.
従来、摩擦攪拌接合により点接合を行う技術が知られており、スポット溶接接合やリベット接合に代わる新しい接合技術として注目されている。
しかしながら、例えば、被接合物(例えば、上板と下板)を摩擦攪拌接合による点接合(摩擦攪拌点接合)で接合すると、接合点近傍で上板が変形して浮き上がるという問題が生じていた。そこで、この問題を解決するべく、以下の特許文献1〜3に示す技術が開発されており、公知となっている。
Conventionally, a technique for performing point joining by friction stir welding is known, and has attracted attention as a new joining technique that replaces spot welding joining and rivet joining.
However, for example, when an object to be joined (for example, an upper plate and a lower plate) is joined by point joining by friction stir welding (friction stir spot joining), there is a problem that the upper plate is deformed and floats in the vicinity of the joining point. . In order to solve this problem, techniques shown in the following Patent Documents 1 to 3 have been developed and are publicly known.
これらの従来技術では、被接合物の接合点近傍を押圧するための押圧手段を備える構成としており、摩擦攪拌接合ツールを接合点に接触させる前の段階から、押圧手段によって接合点近傍を押圧しておき、上板と下板を圧接した状態で点接合を行うようにしている。これにより、摩擦攪拌点接合を行う際に上板が浮き上がるという問題を解決している。 In these conventional techniques, a pressing means for pressing the vicinity of the joining point of the workpiece is provided, and the vicinity of the joining point is pressed by the pressing means from the stage before the friction stir welding tool is brought into contact with the joining point. In addition, point joining is performed in a state where the upper plate and the lower plate are pressed. This solves the problem that the upper plate floats when performing friction stir spot welding.
これらの従来技術は、上板の浮き上がりを許容しないという考えに基づいており、押圧手段によって上板の挙動を緊密に規制する構成としている。しかし、接合点近傍に押圧手段を押圧すると、接合部における塑性流動の進展を阻害することとなり、接合に要する時間が伸びてしまうという新たな問題が生じていた。このため、従来の摩擦攪拌点接合に比べて、生産性が大きく低下してしまい、実際の製造工程において、押圧手段を用いた摩擦攪拌点接合を適用することが困難な状況であった。
本発明は、係る現状を鑑みてなされたものであり、接合時における上板の浮き上がりを許容し、摩擦攪拌接合ツールによって浮き上がり量を適正に制限する点接合方法を提供することにより、摩擦攪拌点接合によって、接合部の強度を確保しつつ、従来の摩擦攪拌点接合と同等の生産性を確保することを課題としている。 The present invention has been made in view of the present situation, and by allowing a point joining method that allows the floating of the upper plate during joining and appropriately restricts the amount of lifting by the friction stir welding tool, the friction stir point is provided. By joining, it is making it the subject to ensure the productivity equivalent to the conventional friction stir spot joining, ensuring the intensity | strength of a junction part.
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。 The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
即ち、請求項1においては、円柱状の本体軸部と、前記本体軸部の一側の端部に形成されるショルダー面と、前記ショルダー面に突設され、該ショルダー面よりも小径のピン部と、を備え、少なくとも上板と下板を含む複数の板状素材を積層してなる被接合物の点接合に用いる摩擦攪拌接合ツールであって、前記本体軸部の外周面から半径方向外側に向けて突設する浮き上がり防止部を備えるものである。 That is, in claim 1, a cylindrical body shaft portion, a shoulder surface formed at one end of the body shaft portion, and a pin projecting from the shoulder surface and having a smaller diameter than the shoulder surface A friction stir welding tool used for spot joining of an object to be joined formed by laminating a plurality of plate-like materials including at least an upper plate and a lower plate, and a radial direction from an outer peripheral surface of the main body shaft portion It is provided with a lifting prevention portion projecting outward.
請求項2においては、前記浮き上がり防止部は、該浮き上がり防止部の下面部から前記ピン部の下端面までの距離から、前記被接合物の厚みを差し引いた距離が、正の値となり、かつ、前記ピン部が、前記被接合物に対して目標深さまで圧入されたときの、前記下面部から前記上板の上面までの距離が、前記上板の許容される浮き上がり量の最大値以下の距離となる位置に配設するものである。 In claim 2, the distance between the lower prevention part and the lower end face of the pin part is a positive value obtained by subtracting the thickness of the object to be joined, and The distance from the lower surface portion to the upper surface of the upper plate when the pin portion is press-fitted to the object to be joined is not more than the maximum allowable lifting amount of the upper plate. It arranges in the position which becomes.
請求項3においては、前記下面部には、前記本体軸部の外周面から前記浮き上がり防止部の外周縁部までの間に空隙部が形成されるものである。 According to a third aspect of the present invention, a gap portion is formed in the lower surface portion from the outer peripheral surface of the main body shaft portion to the outer peripheral edge portion of the lifting prevention portion.
請求項4においては、前記浮き上がり防止部は、前記本体軸部に対して着脱可能とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, the lifting prevention portion is detachable from the main body shaft portion.
請求項5においては、前記浮き上がり防止部は、軸受を介して前記本体軸部に配設されるものである。 According to a fifth aspect of the present invention, the lifting prevention portion is disposed on the main body shaft portion via a bearing.
請求項6においては、前記軸受は、ラジアル軸受とするものである。 In the present invention, the bearing is a radial bearing.
請求項7においては、少なくとも上板と下板を含む複数の板状素材を積層してなる被接合物の点接合方法であって、円柱状の本体軸部と、前記本体軸部の一側の端部に形成されるショルダー面と、前記ショルダー面に突設され、該ショルダー面よりも小径のピン部と、前記本体軸部の外周面から半径方向外側に向けて突設する浮き上がり防止部を備える摩擦攪拌接合ツールを、該摩擦攪拌接合ツールの軸回りに回転させながら、前記上板側から前記被接合物の接合部に圧入して、前記接合部において、前記被接合物を接合しつつ、前記接合部近傍において、前記上板を浮き上がらせて、前記浮き上がり防止部に当接させるものである。
In
請求項8においては、前記上板の浮き上がり量は、前記上板の許容される浮き上がり量の最大値以下の値とするものである。 According to an eighth aspect of the present invention, the lifting amount of the upper plate is set to a value equal to or less than the maximum allowable lifting amount of the upper plate.
請求項9においては、前記摩擦攪拌接合ツールを、軸回りに回転させながら前記上板側から前記被接合物の接合部に圧入するときに、前記浮き上がり防止部は、前記上板から離間しているものである。 In claim 9, when the friction stir welding tool is press-fitted into the joined portion of the workpiece from the upper plate side while rotating around the axis, the lifting prevention portion is separated from the upper plate. It is what.
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。 As effects of the present invention, the following effects can be obtained.
請求項1においては、簡易な構成で、上板の浮き上がり量を規制することができる。 According to the first aspect of the present invention, the amount of lifting of the upper plate can be regulated with a simple configuration.
請求項2においては、接合部近傍の塑性流動を確実に進展させることができ、生産性を低下させることなく、上板の浮き上がり量を適正に規制することができる。 According to the second aspect of the present invention, the plastic flow in the vicinity of the joint can be surely progressed, and the lifting amount of the upper plate can be appropriately regulated without reducing the productivity.
請求項3においては、バリの形成を妨げず、バリの浮き上がり防止部への溶着を防止することができる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to prevent the burr from being welded to the floating prevention portion without disturbing the burr formation.
請求項4においては、上板の浮き上がり量を容易に調整することができる。また、浮き上がり防止部を既存の摩擦攪拌接合ツールに流用することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the floating amount of the upper plate can be easily adjusted. Further, the lifting prevention portion can be used for an existing friction stir welding tool.
請求項5においては、上板の浮き上がり防止部による当接部位が傷つくことを防止できる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to prevent the contact portion by the floating prevention portion of the upper plate from being damaged.
請求項6においては、簡易な構成で、上板の浮き上がり防止部による当接部位が傷つくことを防止できる。 According to the sixth aspect of the present invention, it is possible to prevent the contact portion by the floating prevention portion of the upper plate from being damaged with a simple configuration.
請求項7においては、簡易な構成で、上板の浮き上がり量を規制することができる。 According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to regulate the lifting amount of the upper plate with a simple configuration.
請求項8においては、生産性を低下させることなく、上板の浮き上がり量を規制することができる。 According to the eighth aspect of the present invention, it is possible to regulate the floating amount of the upper plate without reducing the productivity.
請求項9においては、生産性を低下させることなく、上板の浮き上がり量を適正に規制することができる。 According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to properly regulate the lifting amount of the upper plate without reducing the productivity.
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず始めに、摩擦攪拌接合装置の全体構成について、図1を用いて説明する。図1は摩擦攪拌接合装置の全体構成を示す模式図である。
図1に示す如く、摩擦攪拌接合装置1は、摩擦攪拌接合の手法によって、例えば、上板7aおよび下板7b等からなる複数の板状部材を積層した被接合物7を点接合するための装置であり、本体部2、回転軸3、モータ4、モータ支持部5等を備えている。
Next, embodiments of the invention will be described.
First, the overall configuration of the friction stir welding apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of the friction stir welding apparatus.
As shown in FIG. 1, the friction stir welding apparatus 1 uses a friction stir welding method to spot-join a
回転軸3は、モータ4によって回転駆動されるとともに、モータ支持部5が本体部2に対して上下方向に変位可能に支持されることにより、回転軸3も上下方向に変位することが可能な構成としている。
また、回転軸3の下端には、チャック6を備えており、該チャック6には、被接合物7を摩擦攪拌せしめるための工具である摩擦攪拌接合ツール11を装着している。つまり、摩擦攪拌接合装置1は、摩擦攪拌接合ツール11を軸心回りに回転させることが可能であり、かつ、摩擦攪拌接合ツール11を上下(軸心)方向に往復変位させることが可能な構成としている。
The
A
そして、受け部8に被接合物7を載置した状態で、摩擦攪拌接合ツール11を回転させながら下降させて、被接合物7に対して摩擦攪拌接合ツール11を押圧して所定の深さまで圧入し、当該圧入箇所で被接合物7の各素材(ここでは、上板7aおよび下板7b)の組織を塑性流動させることにより、被接合物7(即ち、上板7aと下板7b)を点接合するようにしている。
Then, with the
次に、本発明の第一実施例に係る摩擦攪拌接合ツールの全体構成について、図2を用いて説明する。図2は本発明の第一実施例に係る摩擦攪拌接合ツールの全体構成を示す模式図である。
図2に示す如く、本発明の第一実施例に係る摩擦攪拌接合ツール11は、本体軸部12、ピン部13、浮き上がり防止部14等を備えている。
本体軸部12は、略円柱状の軸部材であり、本体軸部12の上端部(図示せず)が前記チャック6に挟持されることによって、摩擦攪拌接合ツール11が摩擦攪拌接合装置1に装着されるものである。また、本体軸部12の下端面には、ショルダー面12aを形成しており、さらにショルダー面12aから下方に向けて、ショルダー面12aよりも小径のピン部13を突設する構成としている。
Next, the overall configuration of the friction stir welding tool according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic diagram showing the overall configuration of the friction stir welding tool according to the first embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 2, the friction
The main
ピン部13の外周面上にはネジを形成しており、ピン部13を被接合物7に回転させながら圧入することによって、圧入箇所近傍で摩擦熱を生じさせて、圧入箇所近傍の被接合物7を軟化させるとともに、ネジにより生じる攪拌作用によって、軟化した被接合物7を摩擦攪拌接合ツール11の軸方向や回転方向に塑性流動させる役割を果たす部位となっている。
Screws are formed on the outer peripheral surface of the
浮き上がり防止部14は、本体軸部12の外周面から半径方向外側に向けて突設するつば状の部位であり、接合時に浮き上がってくる上板7aを浮き上がり防止部14の下面部14aと当接させることによって、上板7aの浮き上がり量を規制する役割を果たす部位となっている。尚、本実施例では、つば状の浮き上がり防止部14を例示しているが、例えば、本体軸部12の外周面から半径方向外側に向けて放射状に突設する数箇所の凸部によって浮き上がり防止部を構成することも可能であり、浮き上がり防止部14の形状をつば状に限定するものではない。
The
即ち、本発明の第一実施例に係る摩擦攪拌接合ツール11は、円柱状の本体軸部12と、本体軸部12の一側の端部に形成されるショルダー面12aと、ショルダー面12aに突設されるピン部13と、を備え、少なくとも上板7aと下板7bを含む複数の板状素材を積層してなる被接合物7の点接合に用いる摩擦攪拌接合ツール11であって、本体軸部12の外周面から半径方向外側に向けて突設する浮き上がり防止部14を備える構成としている。
このような構成とすることにより、簡易な構成で、上板7aの浮き上がり量を規制することができるのである。
That is, the friction
By adopting such a configuration, it is possible to regulate the lifting amount of the
さらに、浮き上がり防止部14の下面部14aには、本体軸部12から半径方向外側に向かって空隙部14bが形成されている。この空隙部14bは本体軸部12の外周面から浮き上がり防止部14の外周縁部までの間に形成されていて、接合時に接合部7e近傍で生じるバリ9を入り込ませるための空間となっており、バリ9が突出できる空間を確保することによって、バリ9が浮き上がり防止部14に接触して溶着しないようにするとともに、接合部7e近傍の塑性流動が阻害されないようにする役割を果たしている。
Further, a
即ち、本発明の第一実施例に係る摩擦攪拌接合ツール11においては、浮き上がり防止部14の下面部14aには、本体軸部12の外周面から浮き上がり防止部14の外周縁部までの間に空隙部14bが形成される構成としている。
このような構成とすることにより、バリ9の形成を妨げず、バリ9が浮き上がり防止部14に接触して溶着しないようにして、接合部7e近傍の塑性流動を確実に進展させることができるのである。
That is, in the friction
By adopting such a configuration, the plastic flow in the vicinity of the
次に、本発明の第二実施例に係る摩擦攪拌接合ツールの全体構成について、図3を用いて説明する。図3は本発明の第二実施例に係る摩擦攪拌接合ツールの全体構成を示す模式図である。
図3に示す如く、本発明の第二実施例に係る摩擦攪拌接合ツール21は、本体軸部22、ピン部23、浮き上がり防止部24等を備えている。
本体軸部22は、略円柱状の軸部材であり、本体軸部22の上端部(図示せず)が前記チャック6に挟持されることによって、摩擦攪拌接合ツール21が摩擦攪拌接合装置1に装着されるものである。また、本体軸部22の下端面には、ショルダー面22aを形成しており、さらにショルダー面22aから下方に向けて、ピン部23を突設する構成としている。
Next, the overall configuration of the friction stir welding tool according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing the overall configuration of the friction stir welding tool according to the second embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3, the friction
The main
浮き上がり防止部24は、基部24aと凸部24bからなる構成としており、本体軸部22に対して着脱可能な構成としており、この点で、第一実施例に係る摩擦攪拌接合ツール11と異なっている。
基部24aは円筒状に形成されており、本体軸部22を挿通可能な構成としている。また基部24aには、浮き上がり防止部24を本体軸部22に対して締結するための固定ボルト(もしくは止めネジ)24c・24c・・・が設けられており、基部24aに本体軸部22を挿通した状態で固定ボルト(もしくは止めネジ)24c・24c・・・を締め付けることにより、本体軸部22に対して浮き上がり防止部24を固定するようにしている。
The lifting
The
これにより、本体軸部22の外周面から半径方向外側に向けてつば状の凸部24bを突設するようにしている。そして、接合時に浮き上がってくる上板7aを浮き上がり防止部24の下面部24dと当接させることによって、上板7aの浮き上がり量を規制する役割を果たす部位となっている。
Thereby, the collar-shaped
また、浮き上がり防止部24は、取り付け位置の調整が可能であるため、被接合物7の厚みの変更等に対応することが可能となっている。また、浮き上がり防止部を備えていない既存の摩擦攪拌接合ツールに、浮き上がり防止部24を流用して装着することも可能である。
Moreover, since the lifting
さらに、浮き上がり防止部24の下面部24dには、本体軸部22から半径方向外側に向かって空隙部24eが形成されている。この空隙部24eは、接合時に接合部7e近傍で生じるバリ9を入り込ませるための空間となっており、バリ9が突出できる空間を確保することによって、バリ9が浮き上がり防止部24に接触して溶着しないようにするとともに、接合部7e近傍の塑性流動が阻害されないようにする役割を果たしている。
Furthermore, a
即ち、本発明の第二実施例に係る摩擦攪拌接合ツール21においては、浮き上がり防止部24は、本体軸部22に対して着脱可能な構成としている。
このような構成とすることにより、上板7aの浮き上がり量を容易に調整することができるのである。また、浮き上がり防止部24を既存の摩擦攪拌接合ツールに流用することができるのである。
That is, in the friction
By setting it as such a structure, the floating amount of the
次に、本発明の第三実施例に係る摩擦攪拌接合ツールの全体構成について、図4を用いて説明する。図4は本発明の第三実施例に係る摩擦攪拌接合ツールの全体構成を示す模式図である。
図4に示す如く、本発明の第三実施例に係る摩擦攪拌接合ツール31は、本体軸部32、ピン部33、浮き上がり防止部34、軸受35等を備えている。
本体軸部32は、略円柱状の軸部材であり、本体軸部32の上端部(図示せず)をチャック6で挟持することによって、摩擦攪拌接合ツール31が摩擦攪拌接合装置1に装着されるものである。また、本体軸部32の下端面には、ショルダー面32aを形成しており、さらにショルダー面32aから下方に向けて、ピン部33を突設する構成としている。
Next, the overall configuration of the friction stir welding tool according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram showing the overall configuration of the friction stir welding tool according to the third embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 4, the friction
The main
浮き上がり防止部34は、本体軸部32の外周面に対して軸受35を介して配設され、本体軸部32から半径方向外側に向けて突設するつば状の部位を構成している。そして、接合時に浮き上がってくる上板7aを浮き上がり防止部34の下面部34aと当接させることによって、上板7aの浮き上がり量を規制する役割を果たす部位となっている。
The floating
前述した第一実施例および第二実施例に係る各浮き上がり防止部14・24は、各本体軸部12・22に固設されているため、各本体軸部12・22の回転に伴って、各浮き上がり防止部14・24も回転する構成としている。このため、浮き上がった上板7aが各浮き上がり防止部14・24と当接する部位で傷つけられることがあった。
Since each of the
一方、第三実施例に係る浮き上がり防止部34は、本体軸部32に軸受35を介して配設する構成としているため、本体軸部32が回転していても、浮き上がり防止部34は静止状態を保つことができる構成としている。これにより、浮き上がった上板7aが浮き上がり防止部34と当接するときに、その当接する部位が傷つくことを防止する構成としている。
On the other hand, since the
尚、浮き上がり防止部34が浮き上がった上板7aから受ける軸心方向に作用する反力は、摩擦攪拌接合ツール31による上板7aへの押圧力に比して十分小さく、スラスト荷重についてもラジアル軸受で十分に対応可能であるため、軸受35としてはラジアル軸受を採用する構成としている。そして、ラジアル軸受を採用することにより、浮き上がり防止部34を簡易な構成とすることができる。
Note that the reaction force acting in the axial direction received from the
さらに、浮き上がり防止部34の下面部34aには、軸受35が納められる空間の下部を利用した空隙部34bを形成している。この空隙部34bは、接合時に接合部7e近傍で生じるバリ9を入り込ませるための空間となっており、バリ9が突出可能な空間を確保することによって、接合部7e近傍の塑性流動が阻害されないようにする役割を果たしている。
Further, a
即ち、本発明の第三実施例に係る摩擦攪拌接合ツール31においては、浮き上がり防止部34は、軸受35を介して本体軸部32に配設されるものである。
このような構成とすることにより、上板7aの浮き上がり防止部34による当接部位が傷つくことを防止できるのである。
That is, in the friction
By adopting such a configuration, it is possible to prevent the contact portion by the lifting
また、本発明の第三実施例に係る摩擦攪拌接合ツール31においては、軸受35は、ラジアル軸受とするものである。
このような構成とすることにより、簡易な構成で、上板7aの浮き上がり防止部34による当接部位が傷つくことを防止できるのである。
In the friction
By adopting such a configuration, it is possible to prevent the contact portion by the lifting
次に、本発明の一実施例に係る点接合方法による被接合物の接合状況について、図5〜図8を用いて説明する。図5は本発明の一実施例に係る点接合方法による接合状況(接合前)を示す模式図、図6は本発明の一実施例に係る点接合方法による接合状況(接合中その1)を示す模式図、図7は本発明の一実施例に係る点接合方法による接合状況(接合中その2)を示す模式図、図8は本発明の一実施例に係る点接合方法による接合状況(接合後)を示す模式図である。
尚、本実施例では、第一実施例に係る摩擦攪拌接合ツール11を使用する場合における点接合方法を例示して説明するが、第二および第三実施例に係る各摩擦攪拌接合ツール21・31を用いる場合にも、同様の点接合方法を適用することが可能である。
Next, the joining state of the objects to be joined by the point joining method according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a schematic diagram showing a joining situation (before joining) according to the point joining method according to one embodiment of the present invention, and FIG. 6 shows a joining situation (part 1 during joining) by the point joining method according to one embodiment of the invention. FIG. 7 is a schematic diagram showing a joining situation (part 2 during joining) according to a point joining method according to an embodiment of the present invention, and FIG. It is a schematic diagram which shows (after joining).
In this embodiment, the point welding method in the case where the friction
図5に示す如く、本実施例では、被接合物7は上板7aおよび下板7bにより構成され、各板7a・7bの厚みをそれぞれaおよびbとし、被接合物7の厚みを(a+b)とする場合に、本発明の一実施例に係る点接合方法によって、上板7aと下板7bを接合する状況を例示して説明する。また、本実施例では、ピン部13の下端面13aから浮き上がり防止部14の下面部14aまでの距離をzとしている。
尚、本実施例では、被接合物7は上板7aと下板7bの2層からなる構成であるが、例えば、3層以上に積層された被接合物であっても、本発明の一実施例に係る点接合方法を適用することが可能であり、本発明を適用する被接合物の構成を2層構成のものに限定するものではない。
As shown in FIG. 5, in this embodiment, the
In the present embodiment, the
まず、図5に示す状態から、図6に示すように、ピン部13の下端面13aと下板7bの下面7dとの距離がcとなる目標所定深さまで、摩擦攪拌接合ツール11を圧入していく。このとき、上板7aの上面7cから浮き上がり防止部14の下面部14aまでの距離(即ち、浮き上がり代)をdとする。このとき、浮き上がり代dは、以下の数式1で表すことができる。
First, as shown in FIG. 6, the friction
即ち、本発明の一実施例に係る点接合方法では、摩擦攪拌接合ツール11を軸回りに回転させながら上板7a側から被接合物7の接合部7eに圧入するときに、浮き上がり防止部14は、上板14aから離間した状態となるようにしている。
このような構成とすることにより、生産性を低下させることなく、上板7aの浮き上がり量を規制することができるのである。
That is, in the point joining method according to an embodiment of the present invention, when the friction
By adopting such a configuration, the floating amount of the
そして、図7に示す如く、摩擦攪拌接合ツール11が回転しながら下降して材料の流動が加味されると、ピン部13の近傍で発生する摩擦熱によって、被接合物7(即ち、上板7aおよび下板7b)が軟化するとともに、ピン部13に形成したネジによって攪拌作用が生じて、ピン部13周囲で軟化した被接合物7の塑性流動が起こる。目標所定深さcに到達する過程では、未だ浮き上がり防止部14は上板7aと接触しておらず、離間した状態を維持している。このため、接合部7e近傍の塑性流動を阻害することはなく、塑性流動が確実に進展して、上板7aと下板7bの組織が一体化されて接合されるとともに、最終的に図7に示す状態に移行していく。
As shown in FIG. 7, when the friction
ここで、本発明の第一実施例に係る摩擦攪拌接合ツール11は、上板7aの厚みをa、下板7bの厚みをb、ピン部13の下端面13aと下板7bの下面7dとの距離をc、浮き上がり代をd、ピン部13の下端面13aから浮き上がり防止部14の下面部14aまでの距離をz、上板7aの許容される浮き上がり量の最大値をαとするとき、浮き上がり代dが以下の数式2を満たすようにzの値を決定する(即ち、浮き上がり防止部14の軸心方向の配置(高さ)を決定する)ようにしている。
つまり、本発明の一実施例に係る摩擦攪拌接合ツール11では、上板7aの浮き上がり量は、前記数式1および下記数式2によってzの値を決定することによって定められ、上板7aの許容される浮き上がり量の最大値α以下となる浮き上がり代dの値とされるのである。
Here, in the friction
In other words, in the friction
即ち、本発明の一実施例に係る点接合方法は、少なくとも上板7aと下板7bを含む複数の板状素材を積層してなる被接合物7の点接合方法であって、円柱状の本体軸部12と、本体軸部12の一側の端部に形成されるショルダー面12aと、ショルダー面12aに突設されるピン部13と、本体軸部12の外周面から半径方向外側に向けて突設する浮き上がり防止部14を備える摩擦攪拌接合ツール11を、摩擦攪拌接合ツール11の軸回りに回転させながら、上板7a側から被接合物7の接合部7eに圧入して、接合部7eにおいて、被接合物7を接合しつつ、接合部7e近傍において、上板7aを浮き上がらせて、浮き上がり防止部14に当接させるようにしている。
このような構成とすることにより、簡易な構成で、上板7aの浮き上がり量を規制することができるのである。
That is, the point joining method according to an embodiment of the present invention is a point joining method for an object to be joined 7 formed by laminating a plurality of plate-like materials including at least an
By adopting such a configuration, it is possible to regulate the lifting amount of the
また、本発明の第一実施例に係る摩擦攪拌接合ツール11においては、浮き上がり防止部14は、下面部14aからピン部13の下端面13aまでの距離(z−c)から、被接合物7の厚み(a+b)を差し引いた距離(即ち、浮き上がり代d)が正の値となり、かつ、ピン部13が、被接合物7に対して所定の目標深さまで圧入されたときの、下面部14aから上板7aの上面7cまでの距離(即ち、浮き上がり代d)が、上板7aの許容される浮き上がり量の最大値α以下の距離となる位置に配設する構成としている。
このような構成とすることにより、生産性を低下させることなく、上板7aの浮き上がり量を適正(即ち、浮き上がり代d)に規制することができるのである。
Further, in the friction
By adopting such a configuration, the amount of lifting of the
そして、所定の保持時間が経過した後に、摩擦攪拌接合ツール11を上昇させると、図8に示す状態に移行する。
図8に示す如く、本発明の一実施例に係る点接合方法では、浮き上がり防止部14によって規制されて、上板7aの浮き上がり量はdとなるが、この値dは、上板7aを自由に浮き上がらせた場合の浮き上がり量βに比して、小さい値となるようにしている。
Then, when the friction
As shown in FIG. 8, in the point joining method according to one embodiment of the present invention, the amount of lifting of the
つまり、本発明の一実施例に係る点接合方法では、接合開始時には、上板7aと浮き上がり防止部14は接触させないようにして、そして接合が進行した後、上板7aの浮き上がりが生じたときに、上板7aと浮き上がり防止部14とを当接させることによって、上板7aの浮き上がりを規制するようにしている。これにより、接合部7eにおける塑性流動の進展を妨げないようにしている。
That is, in the point joining method according to an embodiment of the present invention, when the joining is started, the
即ち、本発明の一実施例に係る点接合方法では、上板7aの浮き上がり量(即ち、浮き上がり代d)は、上板7aの許容される浮き上がり量の最大値α以下の値に設定するようにしている。
このような構成とすることにより、生産性を低下させることなく、上板7aの浮き上がり量を適正(即ち、浮き上がり代d)に規制することができるのである。
That is, in the point joining method according to an embodiment of the present invention, the amount of lifting of the
By adopting such a configuration, the amount of lifting of the
次に、本発明の一実施例に係る点接合方法による被接合物の接合結果について、図9を用いて説明する。図9は本発明の一実施例に係る点接合方法による接合結果を示す図である。
尚、図9に示す接合結果は、試験材料として板厚0.9mm(上板、下板とも)のA6022−T4相当材を使用し、加圧力375kgf、回転数1800rpmの接合条件で点接合した場合の試験結果を示している。そして、(1)従来技術(押圧なし)の点接合方法による接合結果を基準として、(2)従来技術(押圧あり)の点接合方法による接合結果、(3)本発明の一実施例に係る点接合方法による接合結果を比較して示している。
Next, the joining result of the objects to be joined by the point joining method according to one embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a view showing a joining result obtained by the point joining method according to an embodiment of the present invention.
In addition, the joining result shown in FIG. 9 uses a material equivalent to A6022-T4 having a plate thickness of 0.9 mm (both upper and lower plates) as a test material, and spot-joined under the joining conditions of a pressure of 375 kgf and a rotational speed of 1800 rpm. The test results are shown. (1) Based on the result of joining by the point joining method of the prior art (without pressing), (2) The result of joining by the point joining method of the prior art (with pressing), (3) According to one embodiment of the present invention The result of joining by the point joining method is shown in comparison.
(浮き上がり量の比較)
図9(a)に示す如く、(2)従来技術(押圧あり)の場合には、浮き上がり量がほぼ0に近い状態とすることが可能である。
一方、(3)本発明の一実施例に係る点接合方法では、(1)従来技術(押圧なし)と比較して、浮き上がり量が約10分の1程度に低減されていることが分かる。尚、(3)本発明の一実施例に係る点接合方法では、(2)従来技術(押圧あり)の場合に比して浮き上がり量が大きくなっているが、本発明では、品質上問題のない範囲であれば上板の浮き上がりを許容する考えであるため、当然に発生するこの浮き上がり量の差を問題としていない。
(Comparison of lifting amount)
As shown in FIG. 9 (a), in the case of (2) the prior art (with pressing), the amount of lifting can be made almost zero.
On the other hand, it can be seen that (3) in the point joining method according to one embodiment of the present invention, (1) the amount of lifting is reduced to about 1/10 compared to the prior art (without pressing). In addition, (3) In the point joining method according to one embodiment of the present invention, (2) the amount of lifting is larger than in the case of the conventional technique (with pressing), but in the present invention, there is a problem in quality. Since it is an idea to allow the upper plate to be lifted if it is not in the range, this difference in the amount of lift that naturally occurs is not a problem.
(接合所要時間の比較)
図9(b)に示す如く、(2)従来技術(押圧あり)の場合には、接合所要時間が、(1)従来技術(押圧なし)と比較して、約3倍強も掛かってしまうことが分かる。
一方、(3)本発明の一実施例に係る点接合方法では、(1)従来技術(押圧なし)と比較して、接合所要時間がほぼ同等(約1.1倍)であることが分かる。このように、従来技術(押圧なし)と比較してほぼ同等の生産性を確保することができれば、本発明の一実施例に係る点接合方法を実際の生産ラインに導入して、従来の摩擦攪拌点接合と置き換えることも可能となってくる。
(Comparison of welding time)
As shown in FIG. 9B, in the case of (2) the prior art (with pressure), the time required for joining is about 3 times longer than that in (1) the prior art (without pressure). I understand that.
On the other hand, (3) In the point joining method according to an embodiment of the present invention, it can be seen that (1) the required joining time is approximately the same (about 1.1 times) as compared with the prior art (no pressing). . As described above, if almost the same productivity can be ensured as compared with the conventional technique (without pressing), the point joining method according to one embodiment of the present invention is introduced into the actual production line, and the conventional friction is achieved. It can be replaced with agitation spot welding.
(接合部における引張りせん断強度の比較)
図9(c)に示す如く、(2)従来技術(押圧あり)の場合には、接合部7eの引張りせん断強度が、(1)従来技術(押圧なし)と比較して約1.3倍程度に強化されていることが分かる。
一方、(3)本発明の一実施例に係る点接合方法でも、接合部7eの引張りせん断強度が、(1)従来技術(押圧なし)と比較して約1.3倍程度に強化されていることが分かる。つまり、本発明の一実施例に係る点接合方法によれば、品質上問題のない範囲で上板の浮き上がりを許容したとしても、接合部7eの引張りせん断強度を、(2)従来技術(押圧あり)と同等に強化することが可能であることが分かる。
(Comparison of tensile shear strength at joints)
As shown in FIG. 9C, in the case of (2) the prior art (with pressure), the tensile shear strength of the joint 7e is about 1.3 times that of (1) the prior art (without pressure). It turns out that it is strengthened to the extent.
On the other hand, (3) Even in the point joining method according to an embodiment of the present invention, the tensile shear strength of the joint 7e is strengthened by about 1.3 times compared with (1) the prior art (without pressing). I understand that. That is, according to the point joining method according to an embodiment of the present invention, even if the upper plate is allowed to lift in a range where there is no problem in quality, the tensile shear strength of the
つまり、本発明の一実施例に係る点接合方法を採用することにより、(1)従来技術(押圧なし)の場合とほぼ同等の生産性を確保しつつ、(2)従来技術(押圧あり)の場合と同等に接合部7eの引張りせん断強度を強化することが可能となるのである。 In other words, by adopting the point joining method according to one embodiment of the present invention, (1) while securing substantially the same productivity as in the case of the prior art (without pressing), (2) the prior art (with pressing). This makes it possible to reinforce the tensile shear strength of the joint 7e as in the case of.
7 被接合物
7a 上板
7b 下板
11 摩擦攪拌接合ツール
12 本体軸部
12a ショルダー面
13 ピン部
14 浮き上がり防止部
7
Claims (9)
前記本体軸部の一側の端部に形成されるショルダー面と、
前記ショルダー面に突設され、該ショルダー面よりも小径のピン部と、
を備え、
少なくとも上板と下板を含む複数の板状素材を積層してなる被接合物の点接合に用いる摩擦攪拌接合ツールであって、
前記本体軸部の外周面から半径方向外側に向けて突設する浮き上がり防止部を備える、
ことを特徴とする摩擦攪拌接合ツール。 A cylindrical body shaft,
A shoulder surface formed at one end of the body shaft portion;
Protruding from the shoulder surface, a pin portion having a smaller diameter than the shoulder surface;
With
A friction stir welding tool used for spot joining of a workpiece formed by laminating a plurality of plate-like materials including at least an upper plate and a lower plate,
A lifting prevention portion projecting radially outward from the outer peripheral surface of the main body shaft portion;
A friction stir welding tool characterized by that.
該浮き上がり防止部の下面部から前記ピン部の下端面までの距離から、
前記被接合物の厚みを差し引いた距離が、
正の値となり、かつ、
前記ピン部が、
前記被接合物に対して目標深さまで圧入されたときの、
前記下面部から前記上板の上面までの距離が、
前記上板の許容される浮き上がり量の最大値以下の距離となる位置に配設する、
ことを特徴とする請求項1に記載の摩擦攪拌接合ツール。 The lifting prevention part is
From the distance from the lower surface portion of the lifting prevention portion to the lower end surface of the pin portion,
The distance obtained by subtracting the thickness of the object to be joined is
A positive value, and
The pin portion is
When it is press-fitted to the target depth to the workpiece,
The distance from the lower surface to the upper surface of the upper plate is
Arranged at a position that is a distance equal to or less than the maximum allowable lifting amount of the upper plate,
The friction stir welding tool according to claim 1.
前記本体軸部の外周面から前記浮き上がり防止部の外周縁部までの間に空隙部が形成される、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の摩擦攪拌接合ツール。 In the lower surface portion,
A gap is formed between the outer peripheral surface of the main body shaft portion and the outer peripheral edge of the lifting prevention portion.
The friction stir welding tool according to claim 1 or 2, wherein the friction stir welding tool is provided.
前記本体軸部に対して着脱可能とする、
ことを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合ツール。 The lifting prevention part is
Removable with respect to the main body shaft,
The friction stir welding tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the friction stir welding tool is provided.
軸受を介して前記本体軸部に配設される、
ことを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の摩擦攪拌接合ツール。 The lifting prevention part is
Disposed in the main body shaft through a bearing,
The friction stir welding tool according to any one of claims 1 to 4, wherein the friction stir welding tool is provided.
ラジアル軸受とする、
ことを特徴とする請求項5に記載の摩擦攪拌接合ツール。 The bearing is
Radial bearings
The friction stir welding tool according to claim 5.
円柱状の本体軸部と、
前記本体軸部の一側の端部に形成されるショルダー面と、
前記ショルダー面に突設され、該ショルダー面よりも小径のピン部と、
前記本体軸部の外周面から半径方向外側に向けて突設する浮き上がり防止部を備える摩擦攪拌接合ツールを、
該摩擦攪拌接合ツールの軸回りに回転させながら、
前記上板側から前記被接合物の接合部に圧入して、
前記接合部において、
前記被接合物を接合しつつ、
前記接合部近傍において、
前記上板を浮き上がらせて、
前記浮き上がり防止部に当接させる、
ことを特徴とする点接合方法。 It is a point joining method of an object to be joined formed by laminating a plurality of plate-like materials including at least an upper plate and a lower plate,
A cylindrical body shaft,
A shoulder surface formed at one end of the body shaft portion;
Protruding from the shoulder surface, a pin portion having a smaller diameter than the shoulder surface;
A friction stir welding tool comprising a lifting prevention portion projecting radially outward from the outer peripheral surface of the main body shaft portion;
While rotating around the axis of the friction stir welding tool,
Press-fit from the upper plate side into the joint of the workpiece,
In the joint,
While joining the objects to be joined,
In the vicinity of the joint,
Raise the upper plate,
Abut against the lifting prevention part,
The point joining method characterized by the above-mentioned.
前記上板の許容される浮き上がり量の最大値以下の値とする、
ことを特徴とする請求項7に記載の点接合方法。 The amount of lifting of the upper plate is
A value equal to or less than the maximum value of the allowable lift of the upper plate,
The point joining method according to claim 7 characterized by things.
軸回りに回転させながら前記上板側から前記被接合物の接合部に圧入するときに、
前記浮き上がり防止部は、
前記上板から離間している、
ことを特徴とする請求項7または請求項8に記載の点接合方法。 The friction stir welding tool,
When press-fitting into the joint portion of the workpiece from the upper plate side while rotating around the axis,
The lifting prevention part is
Spaced apart from the upper plate,
The point joining method according to claim 7 or 8, characterized in that.
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