JP5765821B2 - Rotation tool - Google Patents

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Description

本発明は、回転ツールに関するものである。   The present invention relates to a rotary tool.

従来、金属材の接合方法において摩擦攪拌接合(FSW=Friction Stir Welding)により金属材を接合する技術が知られている(例えば、特許文献1)。摩擦攪拌接合では、接合しようとする金属材を接合部に対向させ、回転ツールの先端に設けられたプローブを接合部に挿入し、回転ツールを回転させつつ移動させ、摩擦熱により金属材を塑性流動させることによって2つの金属材を接合する。   Conventionally, a technique for joining metal materials by friction stir welding (FSW = Friction Stir Welding) in a joining method of metal materials is known (for example, Patent Document 1). In friction stir welding, the metal material to be joined is opposed to the joint, a probe provided at the tip of the rotary tool is inserted into the joint, the rotary tool is moved while rotating, and the metal material is plasticized by frictional heat. Two metal materials are joined by flowing.

特許第2792233号公報Japanese Patent No. 2792233

しかしながら、特許文献1に記載されているような回転ツールにあっては、金属材に対する回転ツールの荷重を制御する荷重制御を行いながら摩擦攪拌接合を行う際、荷重の制御が可能な摩擦攪拌接合専用の装置に回転ツールを装着する必要がある。なぜなら、フライス盤のような汎用の工作機械では、金属材に対する回転ツールの高さ等の相対的な位置を制御する位置制御しか行えないからである。そのため、摩擦攪拌接合の汎用性は低い水準にとどまっている。そこで、本発明は、位置制御ができる汎用の工作機械で摩擦攪拌接合の荷重制御が可能となる回転ツールの提供を目的とする。   However, in the rotary tool as described in Patent Document 1, when performing the friction stir welding while performing the load control for controlling the load of the rotary tool on the metal material, the friction stir welding capable of controlling the load is performed. It is necessary to attach a rotating tool to a dedicated device. This is because a general-purpose machine tool such as a milling machine can only perform position control for controlling the relative position such as the height of the rotary tool with respect to the metal material. For this reason, the versatility of friction stir welding remains at a low level. Accordingly, an object of the present invention is to provide a rotary tool that can control the load of friction stir welding with a general-purpose machine tool capable of position control.

本発明の一側面に係る回転ツールは、金属材に接触して回転する回転ツールであって、先端が金属材に接触させられる接触部材と、接触部材が外側へ突き出す方向及び内側へ引き込む方向に相対的に移動できるように取り付けられた保持部材と、接触部材の保持部材に対する相対的な位置に応じて、接触部材が保持部材の外側へ突き出す方向に力を発生するバネ手段と、を備える。   A rotary tool according to one aspect of the present invention is a rotary tool that rotates in contact with a metal material, a contact member whose tip is brought into contact with the metal material, a direction in which the contact member protrudes outward, and a direction in which the contact member is pulled in A holding member attached so as to be relatively movable, and spring means for generating a force in a direction in which the contact member protrudes to the outside of the holding member according to a relative position of the contact member with respect to the holding member.

このように構成すると、接触部材を金属に接触させると、接触部材は保持部材に対して内側へ引き込む方向に相対的に移動する。このため金属材との接触による移動は、バネ手段の復元力として、接触部材が保持部材の外側へ突き出す方向に力を発生し、該金属材への荷重となる。よって接触部材を金属材に接触させたときの接触部材の保持部材に対する相対的な位置を制御することにより荷重を略一定に保ちつつ回転させることができる。したがって、保持部材の金属材に対する位置制御を行い接触部材の保持部材に対する相対的な位置を制御することで、接触部材の金属材への荷重を制御することができる。そのため位置制御ができる汎用の工作機械で摩擦攪拌接合の荷重制御が可能となる。   If comprised in this way, if a contact member is made to contact a metal, a contact member will move relatively to the direction pulled inward with respect to a holding member. For this reason, the movement due to the contact with the metal material generates a force in the direction in which the contact member protrudes outside the holding member as a restoring force of the spring means, and becomes a load on the metal material. Therefore, by controlling the relative position of the contact member with respect to the holding member when the contact member is brought into contact with the metal material, the load can be rotated while being kept substantially constant. Therefore, by controlling the position of the holding member relative to the metal material and controlling the relative position of the contact member relative to the holding member, the load on the metal material of the contact member can be controlled. Therefore, the load control of the friction stir welding can be performed with a general-purpose machine tool capable of position control.

また、本発明の他の側面に係る回転ツールは、互いに端面で突き合わされた金属材同士の端面同士が接触する接合部に挿入させられ、接合部の一方の面及び他方の面から接合部を挟み込んだ状態で回転させられる回転ツールであって、接合部の前記一方の面と接触する第1接触部材と、接合部の他方の面と接触する第2接触部材と、第1接触部材と第2接触部材とを連結しつつ、接合部に挿入される攪拌軸部材と、第2接触部材を先端部に有しつつ、第1接触部材及び攪拌軸部材が外側へ突き出す方向及び内側へ引き込む方向に相対的に移動できるように取り付けられた保持部材と、第1接触部材及び攪拌軸部材の保持部材に対する相対的な位置に応じて、第1接触部材及び攪拌軸部材が保持部材の内側に引き込む方向に力を発生するバネ手段と、を備える。   Moreover, the rotary tool according to another aspect of the present invention is inserted into a joint portion where the end surfaces of the metal materials abutted on each other are in contact with each other, and the joint portion is inserted from one surface and the other surface of the joint portion. A rotary tool that is rotated in a sandwiched state, wherein the first contact member is in contact with the one surface of the joint, the second contact member is in contact with the other surface of the joint, the first contact member, and the first A direction in which the first contact member and the stirring shaft member protrude outward and a direction in which the stirring shaft member is inserted into the joint, while the second contact member is connected to the two contact members The first contact member and the stirring shaft member are drawn into the inside of the holding member in accordance with the relative positions of the holding member attached to be movable relative to the holding member and the first contact member and the stirring shaft member with respect to the holding member. Spring hand that generates force in the direction And, equipped with a.

このように構成すると、第1接触部材及び第2接触部材の間に金属材を挟み込むと、第1接触部材及び攪拌軸部材は、保持部材に対して外側へ突き出す方向に相対的に移動する。このため、バネ手段の復元力として第2接触部材が保持部材の内側へ引き込む方向に力を発生し、該金属材への荷重となる。そして、第1接触部材及び攪拌軸部材の保持部材に対する相対的は位置を制御することにより荷重を略一定に保ちつつ回転させることができる。したがって、保持部材の金属材に対する位置制御を行い接触部材の保持部材に対する相対的な位置を制御することで、接触部材の金属材への荷重を制御することができる。そのため位置制御ができる汎用の工作機械で摩擦攪拌接合の荷重制御が可能となる。   If comprised in this way, if a metal material is inserted | pinched between a 1st contact member and a 2nd contact member, a 1st contact member and a stirring shaft member will move relatively to the direction protruded outside with respect to a holding member. For this reason, as the restoring force of the spring means, a force is generated in the direction in which the second contact member is pulled inward of the holding member, and becomes a load on the metal material. Then, the relative positions of the first contact member and the stirring shaft member with respect to the holding member can be rotated while keeping the load substantially constant by controlling the positions. Therefore, by controlling the position of the holding member relative to the metal material and controlling the relative position of the contact member relative to the holding member, the load on the metal material of the contact member can be controlled. Therefore, the load control of the friction stir welding can be performed with a general-purpose machine tool capable of position control.

この場合、第1接触部材と第2接触部材との間の距離を調整する接触部材間距離調整手段を備えていてもよい。   In this case, you may provide the distance adjustment means between contact members which adjusts the distance between a 1st contact member and a 2nd contact member.

このように構成すると、第1接触部材の第2接触部材からの距離を調整できる。このため、第2接触部材と第1接触部材との間に様々な厚みの金属材を挟み込むことが容易となる。   If comprised in this way, the distance from the 2nd contact member of a 1st contact member can be adjusted. For this reason, it becomes easy to sandwich metal materials having various thicknesses between the second contact member and the first contact member.

また、バネ手段は、バネ手段が発生する力を調整するバネ力調整手段を備えることができる。   Further, the spring means can include spring force adjusting means for adjusting the force generated by the spring means.

このように構成すると、バネ手段が発生するバネの復元力を調整することができる。このため金属材に対する荷重を制御することができる。   If comprised in this way, the restoring force of the spring which a spring means generate | occur | produces can be adjusted. For this reason, the load with respect to a metal material is controllable.

また、バネ力調整手段は、バネ手段の初期変位を調整することにより、バネ手段が発生する力を調整するとしてもよい。   Further, the spring force adjusting means may adjust the force generated by the spring means by adjusting the initial displacement of the spring means.

このように構成すると、バネ手段が具備するバネの復元力を容易に調整することができる。このため回転ツールが金属材にかける荷重を容易に制御することができる。   If comprised in this way, the restoring force of the spring which a spring means comprises can be adjusted easily. For this reason, the load which a rotary tool applies to a metal material can be controlled easily.

また、バネ手段は、例えば、コイルバネを具備するとしてもよい。   Further, the spring means may comprise a coil spring, for example.

このように構成すると、バネ手段にコイルバネを使うと接触部材の保持部材に対する相対変位とバネの復元力とは線形に変化する。このため、回転ツールが金属材にかける荷重を容易に制御することができる。   If comprised in this way, if a coil spring is used for a spring means, the relative displacement with respect to the holding member of a contact member and the restoring force of a spring will change linearly. For this reason, it is possible to easily control the load applied to the metal material by the rotary tool.

また、第1接触部材は攪拌軸部材に第1接触部材の内部にねじ込まれるイモネジによって固定されていてもよい。   Moreover, the 1st contact member may be fixed to the stirring shaft member with the grommet screw screwed in the inside of the 1st contact member.

このように構成すると、第1接触部材は、撹拌軸部材を着脱可能に固定することができる。またイモネジは第1接触部材の外部に出ている部分をなくすことができるため、第1接触部材を小さくすることができる。   If comprised in this way, the 1st contact member can fix the stirring shaft member so that attachment or detachment is possible. In addition, since the female screw can eliminate the portion of the first contact member that is exposed to the outside, the first contact member can be made smaller.

本発明の回転ツールによれば、位置制御ができる汎用の工作機機械で摩擦攪拌接合の荷重制御が可能となる。   According to the rotary tool of the present invention, load control of friction stir welding can be performed with a general-purpose machine tool capable of position control.

本発明の第1実施形態に係る回転ツールの斜視図である。It is a perspective view of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態に係る回転ツールの正面図である。It is a front view of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment. 図2のA−A線に沿った第1実施形態に係る回転ツールの断面図である。It is sectional drawing of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment along the AA line of FIG. (A)は第1実施形態に係る回転ツールのツールケースの図2のA−A線に沿った断面図である。(B)は第1実施形態に係る回転ツールのツールケースの正面図である。(A) is sectional drawing which followed the AA line of FIG. 2 of the tool case of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment. (B) is a front view of the tool case of the rotary tool according to the first embodiment. 第1実施形態に係る回転ツールのツールシャフトの側面図である。It is a side view of the tool shaft of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る回転ツールのコイル圧縮バネの側面図である。It is a side view of the coil compression spring of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る回転ツールのツールシャフトにコイル圧縮バネが取り付けられた状態を示した側面図である。It is the side view which showed the state by which the coil compression spring was attached to the tool shaft of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment. (A)は第1実施形態に係る回転ツールの可変プローブアダプタの図2のA−A線に沿った断面図である。(B)は第1実施形態に係る回転ツールの可変プローブアダプタの正面図である。(A) is sectional drawing along the AA line of FIG. 2 of the variable probe adapter of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment. (B) is a front view of the variable probe adapter of the rotary tool according to the first embodiment. (A)は第1実施形態に係る回転ツールの固定プローブアダプタナットの図2のA−A線に沿った断面図である。(B)は第1実施形態に係る回転ツールの固定プローブアダプタナットの正面図である。(A) is sectional drawing along the AA line of FIG. 2 of the fixed probe adapter nut of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment. (B) is a front view of the fixed probe adapter nut of the rotary tool according to the first embodiment. 第1実施形態に係る回転ツールが金属材に与える荷重とツールシャフトの変位との関係を示す概略図である。It is the schematic which shows the relationship between the load which the rotary tool which concerns on 1st Embodiment gives to a metal material, and the displacement of a tool shaft. 第1実施形態に係る回転ツールの荷重を調整する方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the method of adjusting the load of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る回転ツールの調整後の荷重を固定する方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the method of fixing the load after adjustment of the rotary tool which concerns on 1st Embodiment. 第1実施形態に係る回転ツールを用いて摩擦攪拌接合する様子を示す概略図である。It is the schematic which shows a mode that friction stir welding is carried out using the rotary tool which concerns on 1st Embodiment. 第2実施形態に係る回転ツールの斜視図である。It is a perspective view of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る回転ツールの正面図である。It is a front view of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る回転ツールの部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る回転ツールの概要を示す図15のA´−A´線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the A'-A 'line of FIG. 15 which shows the outline | summary of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. (A)は第2実施形態に係る回転ツールのツールケースの図15のA´−A´線に沿った断面図である。(B)は第2実施形態に係る回転ツールのツールケースの正面図である。(A) is sectional drawing which followed the A'-A 'line | wire of FIG. 15 of the tool case of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. (B) is a front view of the tool case of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る回転ツールのツールシャフトの側面図である。It is a side view of the tool shaft of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. (A)は第2実施形態に係る回転ツールのプローブアダプタナットの図15のA´−A´線に沿った断面図である。(B)は第2実施形態に係る回転ツールのプローブアダプタナットの正面図である。(A) is sectional drawing along the A'-A 'line | wire of FIG. 15 of the probe adapter nut of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. (B) is a front view of the probe adapter nut of the rotary tool according to the second embodiment. 第2実施形態に係る回転ツールのツールシャフトにコイル圧縮バネ及びプローブアダプタナットが取り付けられる様子を示した側面図である。It is the side view which showed a mode that a coil compression spring and a probe adapter nut were attached to the tool shaft of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. (A)は第2実施形態に係る回転ツールのアンダーショルダーの図15のA´−A´線に沿った断面図である。(B)は第2実施形態に係る回転ツールのアンダーショルダーの正面図である。(A) is sectional drawing which followed the A'-A 'line | wire of FIG. 15 of the under shoulder of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. (B) is a front view of the under shoulder of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. (A)は第2実施形態に係る回転ツールの可変プローブアダプタの図15のA´−A´線に沿った断面図である。(B)は第2実施形態に係る回転ツールの可変プローブアダプタの正面図である。(A) is sectional drawing which followed the A'-A 'line | wire of FIG. 15 of the variable probe adapter of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. (B) is a front view of the variable probe adapter of the rotary tool according to the second embodiment. 第2実施形態に係る回転ツールの荷重と変位との関係を示す図15のA´−A´線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the A'-A 'line of FIG. 15 which shows the relationship between the load and displacement of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る回転ツールの荷重を調整する様子を示した側面図である。It is the side view which showed a mode that the load of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment was adjusted. 第2実施形態に係る回転ツールのアンダーショルダーのツールケースからの距離を調整する様子を示す図15のA´−A´線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the A'-A 'line of FIG. 15 which shows a mode that the distance from the tool case of the under shoulder of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment is adjusted. 第2実施形態に係る回転ツールのアンダーショルダーのツールケースからの調整後の距離を固定する様子を示す図15のA´−A´線に沿った断面図である。It is sectional drawing along the A'-A 'line of FIG. 15 which shows a mode that the distance after the adjustment from the tool case of the under shoulder of the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment is fixed. 第2実施形態に係る回転ツールを用いて摩擦攪拌接合する様子を示す概略図である。It is the schematic which shows a mode that friction stir welding is carried out using the rotary tool which concerns on 2nd Embodiment.

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について具体的に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.

(第1実施形態)
本実施形態に係る回転ツールは、フライス盤等の被加工物である金属材と回転ツールとの相対的な位置を制御可能な汎用工作機械に取り付けられる摩擦攪拌接合用回転ツールとして好適に採用されるものである。
(First embodiment)
The rotary tool according to the present embodiment is suitably employed as a friction stir welding rotary tool attached to a general-purpose machine tool capable of controlling the relative position between a metal material, which is a workpiece such as a milling machine, and the rotary tool. Is.

まず、図1から図3を用いて回転ツール10について説明する。   First, the rotating tool 10 will be described with reference to FIGS. 1 to 3.

図1から図3に示すように、回転ツール10は、フライス盤等の汎用工作機に取り付けられる回転ツール10であって、ツールシャフト12、ツールケース14、コイル圧縮バネ15、可変プローブアダプタ16、及び固定プローブアダプタナット18で構成されている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the rotary tool 10 is a rotary tool 10 attached to a general-purpose machine tool such as a milling machine, and includes a tool shaft 12, a tool case 14, a coil compression spring 15, a variable probe adapter 16, and It consists of a fixed probe adapter nut 18.

ツールシャフト12は、先端が被加工物である金属材に接触させられる。ツールケース14は、外側へ突き出す方向及び内側へ引き込む方向に相対的に移動できるように、ツールシャフト12が取り付けられる。コイル圧縮バネ15は、ツールケース14内に設けられ、ツールシャフト12がコイル圧縮バネ15の巻線の中心軸に沿ってコイル圧縮バネ15の内側を貫くように設けられている。コイル圧縮バネ15は、ツールシャフト12のツールケース14に対する相対的な位置に応じて、ツールシャフト12がツールケース14の外側へ突き出す方向に力を発生する。可変プローブアダプタ16は、ツールシャフト12が金属材と接触する側と反対側のツールケース14に設けられている。可変プローブアダプタ16は、後述するように、コイル圧縮バネ15が発生する力を調整する。固定プローブアダプタナット18は、後述するように、可変プローブアダプタ16をツールケース14に固定する。   The tool shaft 12 is brought into contact with a metal material whose tip is a workpiece. The tool shaft 12 is attached to the tool case 14 so that the tool case 14 can move relatively in a direction protruding outward and a direction retracting inward. The coil compression spring 15 is provided in the tool case 14, and the tool shaft 12 is provided so as to penetrate the inside of the coil compression spring 15 along the central axis of the winding of the coil compression spring 15. The coil compression spring 15 generates a force in the direction in which the tool shaft 12 protrudes to the outside of the tool case 14 according to the relative position of the tool shaft 12 with respect to the tool case 14. The variable probe adapter 16 is provided in the tool case 14 on the side opposite to the side where the tool shaft 12 contacts the metal material. The variable probe adapter 16 adjusts the force generated by the coil compression spring 15 as will be described later. The fixed probe adapter nut 18 fixes the variable probe adapter 16 to the tool case 14 as will be described later.

次に、各部材について説明する。   Next, each member will be described.

ツールケース14は、図4の(A)及び図4の(B)に示すように、ネジ部14c、面取部14d、ツールシャフト受部14e、ツールシャフト突出部14hが形成されている。ツールケース14は略円筒形状の部材である。ツールケース14は、汎用工作機械に取り付け可能な所定の強度を有する材料で形成されていることが望ましい。ネジ部14cは、可変プローブアダプタ16が締結されるためのツールケース14のツールシャフト突出部14hとは反対側の端部の内側側面に設けられたネジ山である。面取部14dは、回転ツール10を汎用工作機械のチャックに取り付けるためのものである。ツールシャフト受部14eは、コイル圧縮バネ15のバネ力により、ツールケース14の外側へ突き出そうとするツールシャフト12の一部と当接し、ツールシャフト12をツールケース14内に保持するためのものである。ツールシャフト突出部14hは、ツールケース14から突出したツールシャフト12の周囲を囲いつつ接続するための部位である。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the tool case 14 has a threaded portion 14c, a chamfered portion 14d, a tool shaft receiving portion 14e, and a tool shaft protruding portion 14h. The tool case 14 is a substantially cylindrical member. The tool case 14 is preferably formed of a material having a predetermined strength that can be attached to a general-purpose machine tool. The screw portion 14c is a screw thread provided on the inner side surface of the end portion opposite to the tool shaft protruding portion 14h of the tool case 14 to which the variable probe adapter 16 is fastened. The chamfer 14d is for attaching the rotary tool 10 to a chuck of a general-purpose machine tool. The tool shaft receiving portion 14e is in contact with a part of the tool shaft 12 that tries to protrude outside the tool case 14 by the spring force of the coil compression spring 15, and holds the tool shaft 12 in the tool case 14. It is. The tool shaft protrusion 14 h is a part for connecting the tool shaft 12 while surrounding the tool shaft 12 protruding from the tool case 14.

ツールシャフト12は、図2及び図5に示すように、ツールシャフト12の先端の中央部には、突出したプローブ12aとその周辺のショルダ12bとが形成されている。プローブ12aには同心円状の溝が形成され、ショルダ12bには、螺旋状の溝が形成されていている。またツールシャフト12のプローブ12a及びショルダ12bが形成されている側と反対側の端部は、多角形柱状に加工された加工部12gを有する。そしてツールシャフト12の長手軸方向の中間部に、上述のツールケース14のツールシャフト受部14eに当接するツールケース受部12e及びコイル圧縮バネ15と当接するバネ受部12fが形成されている。ツールケース受部12eからバネ受部12fに至る部分は、ツールシャフト12の長手軸方向に垂直な方向の断面積がツールシャフト12の他の部分よりも大きくなるように形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 5, the tool shaft 12 is formed with a protruding probe 12 a and a shoulder 12 b around it at the center of the tip of the tool shaft 12. A concentric groove is formed in the probe 12a, and a spiral groove is formed in the shoulder 12b. Further, the end of the tool shaft 12 opposite to the side on which the probe 12a and the shoulder 12b are formed has a processed portion 12g processed into a polygonal columnar shape. A tool case receiving portion 12e that comes into contact with the tool shaft receiving portion 14e of the tool case 14 and a spring receiving portion 12f that comes into contact with the coil compression spring 15 are formed at an intermediate portion in the longitudinal axis direction of the tool shaft 12. A portion from the tool case receiving portion 12e to the spring receiving portion 12f is formed such that a cross-sectional area in a direction perpendicular to the longitudinal axis direction of the tool shaft 12 is larger than other portions of the tool shaft 12.

コイル圧縮バネ15は、図6に示すように、上述したツールシャフト12のバネ受部12fと当接するツールシャフト受部15fが形成されている。コイル圧縮バネ15は、コイル状の圧縮バネである。コイル圧縮バネ15の内径は、ツールシャフト12の一部が貫通できる程度の大きさである。またコイル圧縮バネ15の外径は、ツールケース14内に設置できる程度の大きさである。   As shown in FIG. 6, the coil compression spring 15 is formed with a tool shaft receiving portion 15f that comes into contact with the spring receiving portion 12f of the tool shaft 12 described above. The coil compression spring 15 is a coiled compression spring. The inner diameter of the coil compression spring 15 is large enough to allow part of the tool shaft 12 to pass therethrough. The outer diameter of the coil compression spring 15 is large enough to be installed in the tool case 14.

図7に示すように、ツールシャフト12がコイル圧縮バネ15の巻線の内部をコイル圧縮バネ15の長手方向の中心線に沿って貫通する。またツールシャフト12のバネ受部12fとコイル圧縮バネ15のツールシャフト受部15fとは当接する。   As shown in FIG. 7, the tool shaft 12 passes through the inside of the coil compression spring 15 along the longitudinal center line of the coil compression spring 15. Further, the spring receiving portion 12f of the tool shaft 12 and the tool shaft receiving portion 15f of the coil compression spring 15 abut.

図3に示すように、ツールシャフト12はツールシャフト突出部14hから突出するように設けられる。またツールケース14内において、ツールケース受部12eとツールシャフト受部14eとは互いに当接しあう。これにより、コイル圧縮バネ15のバネ力により、ツールケース14の外側に押し出されるツールシャフト12をツールケース14に保持する。コイル圧縮バネ15は、ツールシャフト12がコイル圧縮バネ15のコイル内径の中心方向に、コイル圧縮バネ15を貫通した状態で、ツールケース14内に設置されている。   As shown in FIG. 3, the tool shaft 12 is provided so as to protrude from the tool shaft protrusion 14h. In the tool case 14, the tool case receiving part 12e and the tool shaft receiving part 14e are in contact with each other. Thus, the tool shaft 12 pushed out of the tool case 14 is held in the tool case 14 by the spring force of the coil compression spring 15. The coil compression spring 15 is installed in the tool case 14 with the tool shaft 12 passing through the coil compression spring 15 in the center direction of the coil inner diameter of the coil compression spring 15.

可変プローブアダプタ16は、図8の(A)及び図8の(B)に示すように、ネジ部16c、面取部16d、保持部16h、及びバネ受部16fを形成している。ネジ部16cは、可変プローブアダプタ16の外側側面に形成されており、上述のツールケース14のネジ部14c及び後述する固定プローブアダプタナット18のネジ部18cと互いに噛合う。保持部16hはツールシャフト12の加工部12gが貫通する多角形の穴が形成されている。図3に示すように、保持部16hはその多角形の穴の中にツールシャフト12の加工部12gを保持する。また、ツールケース14のネジ部14cと可変プローブアダプタ16のネジ部16cとが互いに噛合うことにより、可変プローブアダプタ16はツールケース14内で長手方向の位置を変更可能に固定される。   As shown in FIGS. 8A and 8B, the variable probe adapter 16 forms a screw portion 16c, a chamfered portion 16d, a holding portion 16h, and a spring receiving portion 16f. The screw portion 16c is formed on the outer side surface of the variable probe adapter 16, and meshes with the screw portion 14c of the tool case 14 described above and a screw portion 18c of the fixed probe adapter nut 18 described later. The holding portion 16h is formed with a polygonal hole through which the processed portion 12g of the tool shaft 12 passes. As shown in FIG. 3, the holding portion 16h holds the processed portion 12g of the tool shaft 12 in the polygonal hole. Further, the threaded portion 14c of the tool case 14 and the threaded portion 16c of the variable probe adapter 16 mesh with each other, whereby the variable probe adapter 16 is fixed in the tool case 14 so that the position in the longitudinal direction can be changed.

図9の(A)及び図9の(B)に示すように、固定プローブアダプタナット18の内側側面には、ネジ部18cが形成されている。また固定プローブアダプタナット18は可変プローブアダプタ16への固定の利便性を高めるための面取部18dが形成されている。図3に示すように、固定プローブアダプタナット18のネジ部18cと可変プローブアダプタ16の外周部に形成されているネジ部16cとが互いに噛合うことにより、固定プローブアダプタナット18は可変プローブアダプタ16に締結される。固定プローブアダプタナット18が可変プローブアダプタ16に締結されることにより、ツールケース14にねじ込まれた可変プローブアダプタ16は、ツールケース14に強固に固定される。   As shown in FIGS. 9A and 9B, a screw portion 18 c is formed on the inner side surface of the fixed probe adapter nut 18. Further, the fixed probe adapter nut 18 is formed with a chamfered portion 18 d for enhancing convenience of fixing to the variable probe adapter 16. As shown in FIG. 3, the fixed probe adapter nut 18 is fixed to the variable probe adapter nut 16 when the screw portion 18 c of the fixed probe adapter nut 18 and the screw portion 16 c formed on the outer periphery of the variable probe adapter 16 are engaged with each other. To be concluded. When the fixed probe adapter nut 18 is fastened to the variable probe adapter 16, the variable probe adapter 16 screwed into the tool case 14 is firmly fixed to the tool case 14.

さらに図1に示すように、ツールケース14は、目盛14aが形成されていている。また固定プローブアダプタナット18にも目盛18aが形成されている。目盛14a及び目盛18aは刻みが形成されている。目盛14a及び目盛18aに形成されている刻みは、等間隔に形成されている。固定プローブアダプタナット18は、固定プローブアダプタナット18が1回転すると、固定プローブアダプタナット18が可変プローブアダプタ16の作用で1mm進退するように設計されており、目盛14a、18aを用いることにより、バネ受部12fとバネ受部16fとの距離を把握しやすくすることができる。   Further, as shown in FIG. 1, the tool case 14 has a scale 14a. The fixed probe adapter nut 18 is also formed with a scale 18a. The scale 14a and the scale 18a are notched. The notches formed in the scale 14a and the scale 18a are formed at equal intervals. The fixed probe adapter nut 18 is designed so that when the fixed probe adapter nut 18 makes one rotation, the fixed probe adapter nut 18 moves forward and backward by 1 mm by the action of the variable probe adapter 16, and by using the scales 14a and 18a, the spring It is possible to easily grasp the distance between the receiving portion 12f and the spring receiving portion 16f.

またツールケース14は、ラベル14bが形成されていている。ラベル14bはツールシャフト12が金属材に与える荷重と、目盛14a又は目盛18aから読み取ることができる。バネ受部12fとバネ受部16fとの距離との関係が表記されていてもよい。また目盛14a又は目盛18aから読み取ることができる値は、ツールケース14に対する可変プローブアダプタ16の回転角度や、ツールケース14から突き出ているツールシャフト12の変位量としてもよい。このように構成すると、ツールシャフト12が金属材に与える荷重を容易に調整することが可能となる。   The tool case 14 is formed with a label 14b. The label 14b can be read from the load applied to the metal material by the tool shaft 12 and the scale 14a or the scale 18a. The relationship between the distance between the spring receiving portion 12f and the spring receiving portion 16f may be described. Further, the value that can be read from the scale 14 a or the scale 18 a may be a rotation angle of the variable probe adapter 16 with respect to the tool case 14 or a displacement amount of the tool shaft 12 protruding from the tool case 14. If comprised in this way, it will become possible to adjust easily the load which the tool shaft 12 gives to a metal material.

ここで、図10から図13を用いて、本実施形態における回転ツール10を用いた摩擦攪拌接合について説明する。   Here, the friction stir welding using the rotary tool 10 in the present embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 13.

図10は回転ツール10が金属材に与える荷重Fとツールシャフト12の変位との関係を示す概略図である。本実施形態では、コイル圧縮バネ15を用いているため、フックの法則により、荷重Fはコイル圧縮バネ15の変位(圧縮量)Xに比例する。このため、荷重Fとツールシャフト12の変位Xとは比例する。また荷重Fは、コイル圧縮バネ15の初期変位であるバネ受部12fとバネ受部16fとの距離L1に依存するため、距離L1を調整することにより、変位X=0のときの荷重Fの初期値を調整することができる。   FIG. 10 is a schematic diagram showing the relationship between the load F applied to the metal material by the rotary tool 10 and the displacement of the tool shaft 12. In this embodiment, since the coil compression spring 15 is used, the load F is proportional to the displacement (compression amount) X of the coil compression spring 15 according to Hooke's law. For this reason, the load F and the displacement X of the tool shaft 12 are proportional. Since the load F depends on the distance L1 between the spring receiving portion 12f and the spring receiving portion 16f, which is the initial displacement of the coil compression spring 15, the load F when the displacement X = 0 is obtained by adjusting the distance L1. The initial value can be adjusted.

次に荷重Fの初期値を調整する方法について説明する。図11は荷重Fの初期値を調整する方法を示す概略図である。可変プローブアダプタ16が図中矢印の方向に回転させられると、ネジ部16cとネジ部14cとが噛合うことにより、可変プローブアダプタ16は、ツールケース14内部方向へ挿入される。このため、バネ受部12fとバネ受部16fとの距離L1は短くなる。このとき、コイル圧縮バネ15は自然長から短くなる方向に挟持される。このためコイル圧縮バネ15には、コイル圧縮バネ15のたわみに応じた荷重Fが生じる。よって、可変プローブアダプタ16の回転量を調整することにより、ツールシャフト12と可変プローブアダプタ16との間で、コイル圧縮バネ15を挟持する長さを変えることによって、荷重Fを制御することができ、所定の値を荷重Fの初期値とすることができる。なお、荷重Fの初期値は、回転ツール10の使用頻度又は時間経過に伴い変動するため、所定の測定機により、定期的に測定することにより、修正することができる。   Next, a method for adjusting the initial value of the load F will be described. FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a method of adjusting the initial value of the load F. When the variable probe adapter 16 is rotated in the direction of the arrow in the figure, the screw portion 16c and the screw portion 14c are engaged with each other, whereby the variable probe adapter 16 is inserted in the tool case 14 inside. For this reason, the distance L1 between the spring receiving portion 12f and the spring receiving portion 16f is shortened. At this time, the coil compression spring 15 is clamped in the direction of shortening from the natural length. Therefore, a load F corresponding to the deflection of the coil compression spring 15 is generated in the coil compression spring 15. Therefore, the load F can be controlled by changing the length of the coil compression spring 15 between the tool shaft 12 and the variable probe adapter 16 by adjusting the rotation amount of the variable probe adapter 16. The predetermined value can be the initial value of the load F. In addition, since the initial value of the load F changes with the use frequency of the rotary tool 10 or the passage of time, it can be corrected by periodically measuring with a predetermined measuring machine.

次に荷重Fの初期値を固定する方法について説明する。図12は回転ツール10の荷重Fを固定する方法を示す概略図である。可変プローブアダプタ16を回転させることにより、荷重Fを調整した後、荷重Fを固定するため、固定プローブアダプタナット18を可変プローブアダプタ16のネジ部16cに装着する。固定プローブアダプタナット18を回転させることにより、ネジ部18cとネジ部16cとが噛合うことによって、固定プローブアダプタナット18は、可変プローブアダプタ16へ固定される。可変プローブアダプタ16に固定された固定プローブアダプタナット18がツールケース14に押圧を加えることにより、可変プローブアダプタ16がツールケース14に強固に固定されるため、荷重Fが所定の値に固定される。   Next, a method for fixing the initial value of the load F will be described. FIG. 12 is a schematic view showing a method for fixing the load F of the rotary tool 10. After adjusting the load F by rotating the variable probe adapter 16, the fixed probe adapter nut 18 is attached to the screw portion 16 c of the variable probe adapter 16 in order to fix the load F. By rotating the fixed probe adapter nut 18, the screw portion 18 c and the screw portion 16 c are engaged with each other, whereby the fixed probe adapter nut 18 is fixed to the variable probe adapter 16. When the fixed probe adapter nut 18 fixed to the variable probe adapter 16 applies pressure to the tool case 14, the variable probe adapter 16 is firmly fixed to the tool case 14, so that the load F is fixed to a predetermined value. .

ここで、本実施形態の回転ツール10を用いた攪拌方法1について説明する。図13は、回転ツール10を用いて摩擦攪拌接合する様子を示す概略図である。図13に示すように、回転ツール10は、回転工具チャック100に取り付けられる。回転工具チャック100はフライス盤等の汎用工作機械の一部である。また回転工具チャック100は制御機構101が接続されている。制御機構101は、回転モータ111、X軸移動モータ112、Y軸移動モータ113、及びZ軸移動モータ114を備えている。さらに回転モータ111、X軸移動モータ112、Y軸移動モータ113、及びZ軸移動モータ114を制御するコントローラ110を備えている。これにより、制御機構101は、回転工具チャック100に取り付けられた回転ツール10の金属材2a、2bに対するX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の位置を制御できる。このため、回転工具チャック100は、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に自在に移動できる。そして、回転工具チャック100に装着された回転ツール10は、金属材2a及び2bの端部同士を突き合わせ結合部Pに対し、プローブ12aのみを押し入れられ、回転させられつつ、接合すべき突合せ面に沿って、移動させられる。また、結合部Pは湾曲していてもよい。   Here, the stirring method 1 using the rotary tool 10 of this embodiment is demonstrated. FIG. 13 is a schematic view showing a state in which friction stir welding is performed using the rotary tool 10. As shown in FIG. 13, the rotary tool 10 is attached to the rotary tool chuck 100. The rotary tool chuck 100 is a part of a general-purpose machine tool such as a milling machine. A control mechanism 101 is connected to the rotary tool chuck 100. The control mechanism 101 includes a rotation motor 111, an X-axis movement motor 112, a Y-axis movement motor 113, and a Z-axis movement motor 114. Furthermore, a controller 110 that controls the rotation motor 111, the X-axis movement motor 112, the Y-axis movement motor 113, and the Z-axis movement motor 114 is provided. As a result, the control mechanism 101 can control the positions of the rotary tool 10 attached to the rotary tool chuck 100 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction with respect to the metal materials 2a and 2b. For this reason, the rotary tool chuck 100 can freely move in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Then, the rotary tool 10 mounted on the rotary tool chuck 100 has the ends of the metal materials 2a and 2b abutted against each other, and only the probe 12a is pushed into the coupling portion P, and is rotated on the abutting surface to be joined. Moved along. Further, the coupling portion P may be curved.

以上、第1実施形態に係る回転ツール10によれば、ツールシャフト12を金属材2a、2bの結合部Pに接触させると、ツールシャフト12はツールケース14に対して内側へ引き込む方向に相対的に移動する。このため金属材2a、2bとの接触による移動は、コイル圧縮バネ15の復元力として、ツールシャフト12がツールケース14の外側へ突き出す方向に力を発生し荷重Fとなる。よってツールシャフト12を金属材2a、2bに接触させたときのツールシャフト12のツールケース14に対する相対的な位置をフライス盤等の汎用工作機械により制御することにより荷重Fを略一定に保ちつつ回転させることができる。したがって、ツールケース14の金属材2a、2bに対する位置制御を行いツールシャフト12のツールケース14に対する相対的な位置を制御することで、ツールシャフト12の金属材2a、2bへの荷重Fを制御することができる。そのため位置制御ができる汎用の工作機械で荷重制御を行いつつ摩擦攪拌接合を行うことができる。   As described above, according to the rotary tool 10 according to the first embodiment, when the tool shaft 12 is brought into contact with the coupling portion P of the metal materials 2a and 2b, the tool shaft 12 is relatively pulled inward with respect to the tool case 14. Move to. For this reason, the movement due to the contact with the metal materials 2 a and 2 b generates a load F as a restoring force of the coil compression spring 15 in the direction in which the tool shaft 12 protrudes outside the tool case 14. Therefore, the tool shaft 12 is rotated while keeping the load F substantially constant by controlling the relative position of the tool shaft 12 with respect to the tool case 14 when the tool shaft 12 is in contact with the metal materials 2a and 2b by a general-purpose machine tool such as a milling machine. be able to. Therefore, by controlling the position of the tool case 14 with respect to the metal materials 2a and 2b and controlling the relative position of the tool shaft 12 with respect to the tool case 14, the load F on the metal materials 2a and 2b of the tool shaft 12 is controlled. be able to. Therefore, friction stir welding can be performed while performing load control with a general-purpose machine tool capable of position control.

さらにツールシャフト12が接触する金属材2a、2bの結合部Pに、微小な凹凸がある場合であっても、ツールシャフト12を金属材2a、2bの結合部Pに接触させたときの荷重Fを略一定に保ちつつ回転させることができる。このため、金属材2a、2bの結合部Pのツールシャフト12と接触する面に微小な凹凸がある場合であっても、該金属材2a、2bの結合部Pを摩擦攪拌接合することができる。よって、回転ツール10を用いることにより、被接合材の板厚が変化する場合であっても良好な継手を得ることができる。   Further, even when the joint P of the metal materials 2a and 2b with which the tool shaft 12 contacts has a minute unevenness, the load F when the tool shaft 12 is brought into contact with the joint P of the metal materials 2a and 2b. Can be rotated while being kept substantially constant. For this reason, even if there is a minute unevenness on the surface of the joint portion P of the metal material 2a, 2b that contacts the tool shaft 12, the joint portion P of the metal material 2a, 2b can be friction stir welded. . Therefore, by using the rotary tool 10, a good joint can be obtained even when the plate thickness of the material to be joined changes.

(第2実施形態)
第2実施形態に係る回転ツールは、第1実施形態に係る回転ツール10とほぼ同様に構成されているが、ボビンツールとして構成されている点が、第1実施形態の回転ツール10と異なり、金属材に接触する部材が相違する。以下、発明理解の容易性を考慮して第1実施形に係る回転ツール10と重複する説明は省略し、相違点を中心に説明する。
(Second Embodiment)
The rotary tool according to the second embodiment is configured in substantially the same manner as the rotary tool 10 according to the first embodiment, but is different from the rotary tool 10 according to the first embodiment in that it is configured as a bobbin tool. The member in contact with the metal material is different. Hereinafter, in consideration of the ease of understanding the invention, the description overlapping with the rotary tool 10 according to the first embodiment will be omitted, and the description will focus on the differences.

まず、図14から図17を用いて回転ツール20について説明する。   First, the rotating tool 20 will be described with reference to FIGS.

回転ツール20は、回転ツール10同様フライス盤等の汎用工作機に取り付けられる回転ツール20であって、ツールシャフト22、アンダーショルダー23、ツールケース24、コイル圧縮バネ15、可変プローブアダプタ26、固定プローブアダプタナット18、及びプローブアダプタナット29で構成されている。   The rotary tool 20 is a rotary tool 20 that is attached to a general-purpose machine tool such as a milling machine like the rotary tool 10, and includes a tool shaft 22, an under shoulder 23, a tool case 24, a coil compression spring 15, a variable probe adapter 26, and a fixed probe adapter. It consists of a nut 18 and a probe adapter nut 29.

ツールシャフト22は、先端にアンダーショルダー23が接続される。ツールケース24は、ツールシャフト22及びアンダーショルダー23が外側へ突き出す方向及び内側へ引き込む方向に相対的に移動できるように取り付けられている。コイル圧縮バネ15は、第1実施形態と部材自体は共通であるが、本実施形態では、ツールシャフト22及びアンダーショルダー23のツールケース24に対する相対的な位置に応じて、ツールシャフト22及びアンダーショルダー23がツールケース24の内側に引き込む方向に力を発生する。可変プローブアダプタ26は、ツールシャフト22が金属材と接触する側と反対側のツールケース24の端部に設けられる。固定プローブアダプタナット18は、第1実施形態と共通である。プローブアダプタナット29は、後述するように、コイル圧縮バネ15が発生する力を調整する。本実施形態では、突き合わせた金属材同士の間にツールシャフト22を挿入し、アンダーショルダー23とツールケース24との間に金属材を挟み込み回転させることで金属材を結合する。   An under shoulder 23 is connected to the tip of the tool shaft 22. The tool case 24 is attached so as to be relatively movable in the direction in which the tool shaft 22 and the under shoulder 23 protrude outward and the direction in which the tool case 24 retracts inward. In the present embodiment, the coil compression spring 15 is the same as the first embodiment, but in this embodiment, the tool shaft 22 and the under shoulder according to the relative positions of the tool shaft 22 and the under shoulder 23 with respect to the tool case 24. A force is generated in a direction in which 23 is pulled inside the tool case 24. The variable probe adapter 26 is provided at the end of the tool case 24 opposite to the side where the tool shaft 22 contacts the metal material. The fixed probe adapter nut 18 is common to the first embodiment. The probe adapter nut 29 adjusts the force generated by the coil compression spring 15 as will be described later. In the present embodiment, the tool shaft 22 is inserted between the metal materials that are butted together, and the metal material is coupled by rotating the metal material between the under shoulder 23 and the tool case 24.

次に、各部材について説明する。   Next, each member will be described.

ツールケース24は、図18の(A)及び図18の(B)に示すように、ネジ部24c、面取部24d、バネ受部24f、接触面24s、ツールシャフト突出部24hが形成されている。ツールケース24は略円筒形状の部材である。ツールケース24は、汎用工作機械に取り付け可能な所定の強度を有する材料で形成されていることが望ましい。接触面24sには、第1実施形態の回転ツール10のショルダ12bと同様に、螺旋状の溝が形成されていてもよい。バネ受部24fは図17に示すようにコイル圧縮バネ15が当接する面である。ネジ部24c、面取部24d及びツールシャフト突出部24hは、それぞれ第1実施形態のネジ部14cと、面取部14dと、ツールシャフト突出部14hと同様の機能を果たす。   As shown in FIGS. 18A and 18B, the tool case 24 has a screw portion 24c, a chamfered portion 24d, a spring receiving portion 24f, a contact surface 24s, and a tool shaft protruding portion 24h. Yes. The tool case 24 is a substantially cylindrical member. The tool case 24 is preferably formed of a material having a predetermined strength that can be attached to a general-purpose machine tool. Similar to the shoulder 12b of the rotary tool 10 of the first embodiment, a spiral groove may be formed on the contact surface 24s. The spring receiving portion 24f is a surface with which the coil compression spring 15 abuts as shown in FIG. The threaded portion 24c, the chamfered portion 24d, and the tool shaft protruding portion 24h perform the same functions as the threaded portion 14c, the chamfered portion 14d, and the tool shaft protruding portion 14h of the first embodiment, respectively.

ツールシャフト22は、図19に示すように、ツールシャフト22の先端の中央部には、アンダーショルダー23を接続するための接続部22jが形成されている。接続部22jには、アンダーショルダー23を固定するためにアンダーショルダー23の内部にねじ込まれるイモネジの先端が当接されるイモネジ部22iが設けられている。また接続部22jと反対側は、面取りされて多角形状に加工された加工部22gが形成されている。そしてツールシャフト22の長手軸方向の中間部にプローブアダプタナット29が締結されるためのネジ部22cが形成されている。また、ツールシャフト22には、可変プローブアダプタ26と当接するための面である可変プローブアダプタ受部22eが形成されている。   As shown in FIG. 19, the tool shaft 22 has a connection portion 22 j for connecting an under shoulder 23 at the center of the tip of the tool shaft 22. The connection portion 22j is provided with a female screw portion 22i with which a tip of a female screw screwed into the under shoulder 23 is fixed to fix the under shoulder 23. On the opposite side to the connection portion 22j, a processed portion 22g that is chamfered and processed into a polygonal shape is formed. A screw portion 22 c for fastening the probe adapter nut 29 is formed at the middle portion of the tool shaft 22 in the longitudinal axis direction. The tool shaft 22 is formed with a variable probe adapter receiving portion 22e that is a surface for contacting the variable probe adapter 26.

プローブアダプタナット29は、図20の(A)及び図20の(B)に示すように、ツールシャフト22のネジ部22cと噛合うネジ部29c、ツールシャフト22を通すためのツールシャフト貫通穴29hが形成されている。また、プローブアダプタナット29には、最終的にプローブアダプタナット29をツールシャフト22に強固に固定するためのイモネジをねじ込むためのネジ穴部29iが設けられている。またプローブアダプタナット29にはコイル圧縮バネ15と当接するバネ受部29fが設けられている。   As shown in FIGS. 20A and 20B, the probe adapter nut 29 includes a screw portion 29c that meshes with the screw portion 22c of the tool shaft 22, and a tool shaft through hole 29h through which the tool shaft 22 passes. Is formed. Further, the probe adapter nut 29 is provided with a screw hole portion 29i for screwing a grom screw for finally firmly fixing the probe adapter nut 29 to the tool shaft 22. Further, the probe adapter nut 29 is provided with a spring receiving portion 29f that comes into contact with the coil compression spring 15.

ツールシャフト22、コイル圧縮バネ15、及びプローブアダプタナット29は、図21に示すように、ツールシャフト22がプローブアダプタナット29のツールシャフト貫通穴29hを貫通し、且つ、ネジ部22cとネジ部29cとが互いに噛合う。そして、ツールシャフト22がコイル圧縮バネ15の長手方向の中心方向に、コイル圧縮バネ15を貫通する。プローブアダプタナット29のバネ受部29fとコイル圧縮バネ15のツールシャフト受部15fとは当接する。   As shown in FIG. 21, the tool shaft 22, the coil compression spring 15, and the probe adapter nut 29 pass through the tool shaft through hole 29h of the probe adapter nut 29, and the screw portion 22c and the screw portion 29c. Mesh with each other. The tool shaft 22 penetrates the coil compression spring 15 in the center direction in the longitudinal direction of the coil compression spring 15. The spring receiving portion 29f of the probe adapter nut 29 and the tool shaft receiving portion 15f of the coil compression spring 15 are in contact with each other.

アンダーショルダー23は、図22の(A)及び図22の(B)に示すように、接触面23s、接続部23jが形成されている。接触面23sは、金属材と接触する面であり、螺旋状の溝が形成されている。接続部23jは、ツールシャフト22の接続部22jが挿入されるために、接触部22jに対応した形状の穴が設けられている。接続部23jの穴の内面からアンダーショルダー23の外周に向けて、ツールシャフト22にアンダーショルダー23を固定するためのイモネジ23Iをねじ込むためのネジ穴部23i設けられている。   As shown in FIGS. 22A and 22B, the under shoulder 23 has a contact surface 23s and a connecting portion 23j. The contact surface 23s is a surface that comes into contact with a metal material, and a spiral groove is formed. The connecting portion 23j is provided with a hole having a shape corresponding to the contact portion 22j so that the connecting portion 22j of the tool shaft 22 is inserted. From the inner surface of the hole of the connecting portion 23j toward the outer periphery of the under shoulder 23, a screw hole portion 23i for screwing a set screw 23I for fixing the under shoulder 23 to the tool shaft 22 is provided.

ツールシャフト22の接続部22jをアンダーショルダー23の接続部23jに挿入した後、ネジ穴部23iを介して、アンダーショルダー23の内部にイモネジ23Iをツールシャフト22のネジ部22iに当接するまでねじ込むことにより、ツールシャフト22にアンダーショルダー23が固定される。   After inserting the connecting portion 22j of the tool shaft 22 into the connecting portion 23j of the under shoulder 23, the screw screw 23I is screwed into the under shoulder 23 through the screw hole portion 23i until it comes into contact with the screw portion 22i of the tool shaft 22. Thus, the under shoulder 23 is fixed to the tool shaft 22.

本実施形態では、ツールシャフト22へのアンダーショルダー23の固定にイモネジ23Iを用いることによりアンダーショルダー23の直径を小さくすることができる。   In the present embodiment, the diameter of the under shoulder 23 can be reduced by using the female screw 23I for fixing the under shoulder 23 to the tool shaft 22.

図17に示すように、ツールシャフト22はツールシャフト突出部24hから突出するように設けられる。またツールケース24内において、バネ受部24fとコイル圧縮バネ15とが当接し、バネ受部29fとがコイル圧縮バネ15とが当接する。コイル圧縮バネ15は、ツールシャフト22がコイル圧縮バネ15の長手方向の中心方向に、コイル圧縮バネ15を貫通した状態で、プローブアダプタナット29よりツールシャフト突出部24h側のツールケース24内に設置されている。   As shown in FIG. 17, the tool shaft 22 is provided so as to protrude from the tool shaft protrusion 24h. In the tool case 24, the spring receiving portion 24f and the coil compression spring 15 are in contact with each other, and the spring receiving portion 29f is in contact with the coil compression spring 15. The coil compression spring 15 is installed in the tool case 24 on the tool shaft protruding portion 24h side from the probe adapter nut 29 in a state where the tool shaft 22 penetrates the coil compression spring 15 in the longitudinal center direction of the coil compression spring 15. Has been.

可変プローブアダプタ26は、図23の(A)及び図23の(B)に示すように、ネジ部26c、面取部26d、ツールシャフト受部26e、保持部26h、及び係止部26gを形成している。ネジ部26cは、可変プローブアダプタ26の外側側面に形成されており、ツールケース24のネジ部24cと噛合う。ツールシャフト受部26eは、ツールシャフト22の可変プローブアダプタ受部22eと当接するための面である。保持部26hはツールシャフト22が貫通する穴が形成されている。係止部26gは、ツールシャフト22の加工部22gと対応する多角形状の穴が形成されている。可変プローブアダプタ26は、上述した第1実施形態の可変プローブアダプタ16と共通のものを適用することができる。   As shown in FIGS. 23A and 23B, the variable probe adapter 26 forms a screw portion 26c, a chamfered portion 26d, a tool shaft receiving portion 26e, a holding portion 26h, and a locking portion 26g. doing. The screw portion 26 c is formed on the outer side surface of the variable probe adapter 26 and meshes with the screw portion 24 c of the tool case 24. The tool shaft receiving portion 26e is a surface for contacting the variable probe adapter receiving portion 22e of the tool shaft 22. The holding portion 26h is formed with a hole through which the tool shaft 22 passes. The locking portion 26g is formed with a polygonal hole corresponding to the processed portion 22g of the tool shaft 22. The variable probe adapter 26 can be the same as the variable probe adapter 16 of the first embodiment described above.

固定プローブアダプタナット18は、第1実施形態と同様である。図17に示すように、ネジ部18cと可変プローブアダプタ26のネジ部26cとが互いに噛合うことにより、固定プローブアダプタナット18が可変プローブアダプタ26に固定される。これにより、可変プローブアダプタ26がツールケース24に強固に固定される。   The fixed probe adapter nut 18 is the same as in the first embodiment. As shown in FIG. 17, the fixed probe adapter nut 18 is fixed to the variable probe adapter 26 by the screw portion 18 c and the screw portion 26 c of the variable probe adapter 26 engaging with each other. Thereby, the variable probe adapter 26 is firmly fixed to the tool case 24.

ここで、図24から図28を用いて、本実施形態における回転ツール20を用いた摩擦攪拌接合について説明する。   Here, the friction stir welding using the rotary tool 20 in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図24は回転ツール20が金属材に与える荷重Fとアンダーショルダー23の変位Xとの関係を示す概略図である。本実施形態では、コイル圧縮バネ15を用いているため、フックの法則により、荷重Fはコイル圧縮バネ15の変位Xに比例する。このため、荷重Fとアンダーショルダー23の変位Xとは比例する。また荷重Fは、バネ受部24fとバネ受部29fとの距離L2に依存するため、距離L2を調整することにより、変位X=0の時の荷重Fの初期値を調整することができる。   FIG. 24 is a schematic view showing the relationship between the load F applied to the metal material by the rotary tool 20 and the displacement X of the under shoulder 23. In this embodiment, since the coil compression spring 15 is used, the load F is proportional to the displacement X of the coil compression spring 15 according to Hooke's law. For this reason, the load F and the displacement X of the under shoulder 23 are proportional. Since the load F depends on the distance L2 between the spring receiving portion 24f and the spring receiving portion 29f, the initial value of the load F when the displacement X = 0 can be adjusted by adjusting the distance L2.

次に荷重Fの初期値を調整する方法について説明する。図25は荷重Fの初期値を調整する方法を示す概略図である。ツールシャフト22が矢印の方向に回転させられると、ネジ部29cとネジ部22cとが噛合うことにより、距離L2が短くなる。このため、コイル圧縮バネ15は自然長から短くなる方向に挟持される。このためコイル圧縮バネ15には、コイル圧縮バネ15のたわみに応じた荷重Fが生じる。よって、ツールシャフト22の回転量を調整することにより、ツールケース24とプローブアダプタナット29との間で、コイル圧縮バネ15を挟持する長さを変えることによって、荷重Fを制御することができ、所定の値を荷重Fの初期値とすることができる。なお、荷重Fの初期値は、回転ツール20の使用頻度又は時間経過に伴い変動するため、所定の測定機により、定期的に測定することにより、修正することができる。なお、調整した荷重Fの初期値を固定するには、プローブアダプタナット29のネジ穴部29iにイモネジをねじ込み、プローブアダプタナット29をツールシャフト22に強固に固定すればよい。   Next, a method for adjusting the initial value of the load F will be described. FIG. 25 is a schematic diagram showing a method of adjusting the initial value of the load F. When the tool shaft 22 is rotated in the direction of the arrow, the screw portion 29c and the screw portion 22c are engaged with each other, thereby reducing the distance L2. For this reason, the coil compression spring 15 is clamped in the direction shortened from the natural length. Therefore, a load F corresponding to the deflection of the coil compression spring 15 is generated in the coil compression spring 15. Therefore, by adjusting the amount of rotation of the tool shaft 22, the load F can be controlled by changing the length of the coil compression spring 15 between the tool case 24 and the probe adapter nut 29, A predetermined value can be used as the initial value of the load F. Note that the initial value of the load F varies with the frequency of use of the rotary tool 20 or with the passage of time, and therefore can be corrected by periodically measuring with a predetermined measuring machine. In order to fix the initial value of the adjusted load F, it is only necessary to screw a grub screw into the screw hole 29 i of the probe adapter nut 29 and firmly fix the probe adapter nut 29 to the tool shaft 22.

次に、アンダーショルダー23のツールケース24からの距離を調整する方法について説明する。図26に示すように、可変プローブアダプタ26を図中矢印の方向に回転させると、可変プローブアダプタ26のツールシャフト受部26eとツールシャフト22の可変プローブアダプタ受部22eとが当接することにより、アンダーショルダー23を先端に接続したツールシャフト22がツールケース24から離れる。これにより、アンダーショルダー23のツールケース24からの距離を調整でき、ツールケース24とアンダーショルダー23との間に金属材を挟み込むことができる。   Next, a method for adjusting the distance of the under shoulder 23 from the tool case 24 will be described. As shown in FIG. 26, when the variable probe adapter 26 is rotated in the direction of the arrow in the drawing, the tool shaft receiving portion 26e of the variable probe adapter 26 and the variable probe adapter receiving portion 22e of the tool shaft 22 come into contact with each other, The tool shaft 22 having the under shoulder 23 connected to the tip is separated from the tool case 24. Thereby, the distance from the tool case 24 of the under shoulder 23 can be adjusted, and a metal material can be inserted between the tool case 24 and the under shoulder 23.

次に調整したアンダーショルダー23の接触面23sのツールケース24の接触面24sからの距離を固定する方法について説明する。図27に示すように、固定プローブアダプタナット18を回転させることにより、ネジ部18cとネジ部26cとが噛合うことにより、固定プローブアダプタナット18は、可変プローブアダプタ26へ固定される。これにより、可変プローブアダプタ26に固定された固定プローブアダプタナット18がツールケース24に押圧を加えることにより、可変プローブアダプタ26がツールケース24に強固に固定されるため、アンダーショルダー23の接触面23sのツールケース24の接触面24sからの距離が所定の値X0に固定される。   Next, a method for fixing the distance of the adjusted contact surface 23s of the under shoulder 23 from the contact surface 24s of the tool case 24 will be described. As shown in FIG. 27, the fixed probe adapter nut 18 is fixed to the variable probe adapter 26 by rotating the fixed probe adapter nut 18 so that the screw portion 18c and the screw portion 26c are engaged with each other. As a result, the fixed probe adapter nut 18 fixed to the variable probe adapter 26 presses the tool case 24, whereby the variable probe adapter 26 is firmly fixed to the tool case 24, and therefore the contact surface 23 s of the under shoulder 23. The distance from the contact surface 24s of the tool case 24 is fixed to a predetermined value X0.

ここで、本実施形態の回転ツール20を用いた攪拌方法1について説明する。図28は、回転ツール20を用いて摩擦攪拌接合する様子を示す概略図である。図28に示すように、回転ツール20は、回転工具チャック100に取り付けられる。回転工具チャック100はフライス盤等の汎用工作機械の一部である。また回転工具チャック100は制御機構101が接続されている。制御機構101は、回転モータ111、X軸移動モータ112、Y軸移動モータ113、及びZ軸移動モータ114を備えている。さらに回転モータ111、X軸移動モータ112、Y軸移動モータ113、及びZ軸移動モータ114を制御するコントローラ110を備えている。これにより、制御機構101は、回転工具チャック100に取り付けられた回転ツール20の金属材2a、2bに対するX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向の位置を制御できる。このため、回転工具チャック100は、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に自在に移動できる。そして、回転工具チャック100に装着された回転ツール20は、金属材2a及び2bの端部同士を突き合わせ結合部Pへ回転されられつつ挿入させられ、接合すべき突合わせ面に沿って、金属材を挟み込んだ状態で回転させられつつ移動させられる。また、結合部Pは湾曲していてもよい。   Here, the stirring method 1 using the rotary tool 20 of this embodiment is demonstrated. FIG. 28 is a schematic diagram illustrating a state in which friction stir welding is performed using the rotary tool 20. As shown in FIG. 28, the rotary tool 20 is attached to the rotary tool chuck 100. The rotary tool chuck 100 is a part of a general-purpose machine tool such as a milling machine. A control mechanism 101 is connected to the rotary tool chuck 100. The control mechanism 101 includes a rotation motor 111, an X-axis movement motor 112, a Y-axis movement motor 113, and a Z-axis movement motor 114. Furthermore, a controller 110 that controls the rotation motor 111, the X-axis movement motor 112, the Y-axis movement motor 113, and the Z-axis movement motor 114 is provided. Thereby, the control mechanism 101 can control the positions of the rotary tool 20 attached to the rotary tool chuck 100 in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction with respect to the metal materials 2a and 2b. For this reason, the rotary tool chuck 100 can freely move in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. Then, the rotary tool 20 mounted on the rotary tool chuck 100 is inserted while the ends of the metal materials 2a and 2b are rotated to the butt coupling portion P, along the butt surface to be joined. Is moved while being rotated. Further, the coupling portion P may be curved.

以上、第2実施形態に係る回転ツール20によれば、アンダーショルダー23及びツールケース24の間に金属材2a、2bを挟み込むと、アンダーショルダー23及びツールシャフト22は、ツールケース24に対して外側へ突き出す方向に相対的に移動する。このため、コイル圧縮バネ15の復元力としてツールケース24がツールケース24の内側へ引き込む方向に力を発生し、金属材2a、2bへの荷重Fとなる。そして、アンダーショルダー23及びツールシャフト22のツールケース24に対する相対的な位置をフライス盤等の汎用工作機械により制御することにより荷重Fを略一定に保ちつつ回転させることができる。したがって、ツールケース24の金属材2a、2bに対する位置制御を行いアンダーショルダー23のツールケース24に対する相対的な位置を制御することで、アンダーショルダー23の金属材2a、2bへの荷重Fを制御することができる。そのため位置制御ができる汎用の工作機械で荷重制御を行いつつ摩擦攪拌接合の荷重制御を行うことができる。また、回転ツール20を用いることにより、被接合材の板厚が変化する場合であっても良好な継手を得ることができる。   As described above, according to the rotary tool 20 according to the second embodiment, when the metal members 2 a and 2 b are sandwiched between the under shoulder 23 and the tool case 24, the under shoulder 23 and the tool shaft 22 are outside of the tool case 24. It moves relative to the direction of projecting to. For this reason, a force is generated in a direction in which the tool case 24 is pulled inward of the tool case 24 as a restoring force of the coil compression spring 15, and becomes a load F to the metal materials 2a and 2b. The relative position of the under shoulder 23 and the tool shaft 22 with respect to the tool case 24 is controlled by a general-purpose machine tool such as a milling machine, so that the load F can be rotated while being kept substantially constant. Therefore, by controlling the position of the tool case 24 with respect to the metal materials 2a and 2b and controlling the relative position of the under shoulder 23 with respect to the tool case 24, the load F of the under shoulder 23 on the metal materials 2a and 2b is controlled. be able to. Therefore, the load control of the friction stir welding can be performed while performing the load control with a general-purpose machine tool capable of position control. Further, by using the rotary tool 20, a good joint can be obtained even when the plate thickness of the material to be joined changes.

上述した実施形態では、本発明に係る回転ツール10及び回転ツール20の一例を示したものであり、実施形態に係る回転ツール10及び回転ツール20に限られるものではなく、変形し、又は他のものに適用したものであってもよい。   In the embodiment described above, an example of the rotary tool 10 and the rotary tool 20 according to the present invention is shown, and the present invention is not limited to the rotary tool 10 and the rotary tool 20 according to the embodiment. It may be applied to a thing.

本実施形態において、回転ツール10を構成するツールシャフト12、及び回転ツール20を構成するツールシャフト22は、円管状の部材を用いたが、ツールシャフト12及びツールシャフト22は、円筒形状に限らず多角管状の部材を用いてもよい。この場合であっても、本実施形態と同様の効果を奏することができる。   In the present embodiment, the tool shaft 12 constituting the rotary tool 10 and the tool shaft 22 constituting the rotary tool 20 are circular members. However, the tool shaft 12 and the tool shaft 22 are not limited to a cylindrical shape. A polygonal tubular member may be used. Even in this case, the same effects as in the present embodiment can be obtained.

また、上述した実施形態では、回転ツール10又は回転ツール20が取り付けられる汎用工作機械は、例えばフライス盤としたが、ボール盤やマシニングセンタとしてもよい。この場合であっても、本実施形態と同様の効果を奏することができる。   In the embodiment described above, the general-purpose machine tool to which the rotary tool 10 or the rotary tool 20 is attached is, for example, a milling machine, but may be a drilling machine or a machining center. Even in this case, the same effects as in the present embodiment can be obtained.

また、上述した実施形態では、回転ツール10又は回転ツール20を取り付けた回転工具チャック100は、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に自在に移動できるとしたが、回転工具チャック100の移動方向は、X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向に限られず、X軸移動モータ112、Y軸移動モータ113、及びZ軸移動モータ114を同時に制御することにより得られる空間内の任意の移動方向であってもよい。あるいは、X軸、Y軸、及びZ軸とは、異なる移動軸を任意の数だけ新たに追加してもよく、例えば、自由曲面加工に用いられる汎用工作機やマシニングセンタ等の回転工具チャック100に回転ツール10又は回転ツール20を取り付けた場合、回転工具チャック100の移動方向は、X軸方向、Y軸方向、Z軸方向、及び1又は複数の新たな軸方向の各方向成分を制御することによって得られる空間内の移動方向としてもよい。そして、例えば、Z軸の1軸のみが制御されるものであってもよい。このように構成した場合であっても本実施形態と同様の効果を奏することができる。   In the above-described embodiment, the rotary tool chuck 100 to which the rotary tool 10 or the rotary tool 20 is attached can be freely moved in the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. The movement direction is not limited to the X-axis direction, the Y-axis direction, and the Z-axis direction. May be the direction of movement. Alternatively, an arbitrary number of moving axes different from the X axis, Y axis, and Z axis may be newly added. For example, the rotary tool chuck 100 such as a general-purpose machine tool or a machining center used for free-form surface machining may be used. When the rotary tool 10 or the rotary tool 20 is attached, the moving direction of the rotary tool chuck 100 is to control each direction component of the X-axis direction, the Y-axis direction, the Z-axis direction, and one or more new axial directions. It is good also as a moving direction in the space obtained by. For example, only one of the Z axes may be controlled. Even when configured in this way, the same effects as in the present embodiment can be obtained.

10…回転ツール、12…ツールシャフト、14…ツールケース、15…コイル圧縮バネ、16…可変プローブアダプタ、18…固定プローブアダプタナット、20…回転ツール、22…ツールシャフト、23…アンダーショルダー、24…ツールケース、26…可変プローブアダプタ、29…プローブアダプタナット。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Rotary tool, 12 ... Tool shaft, 14 ... Tool case, 15 ... Coil compression spring, 16 ... Variable probe adapter, 18 ... Fixed probe adapter nut, 20 ... Rotary tool, 22 ... Tool shaft, 23 ... Under shoulder, 24 ... tool case, 26 ... variable probe adapter, 29 ... probe adapter nut.

Claims (7)

金属材に接触して回転する回転ツールであって、
先端が前記金属材に接触させられる接触部材と、
前記接触部材が外側へ突き出す方向及び内側へ引き込む方向に相対的に移動できるように取り付けられた保持部材と、
前記接触部材の前記保持部材に対する相対的な位置に応じて、前記接触部材が前記保持部材の外側へ突き出す方向に力を発生するバネ手段と、を備え、
前記バネ手段は、前記バネ手段が発生する前記力を調整するバネ力調整手段を備え、
前記バネ力調整手段は、前記バネ手段の初期変位を調整することにより、前記バネ手段が発生する前記力を調整する、回転ツール。
A rotating tool that rotates in contact with a metal material,
A contact member whose tip is brought into contact with the metal material;
A holding member attached so as to be relatively movable in a direction in which the contact member protrudes outward and a direction in which the contact member retracts;
Spring means for generating a force in a direction in which the contact member protrudes outside the holding member according to a relative position of the contact member with respect to the holding member;
The spring means includes spring force adjusting means for adjusting the force generated by the spring means,
The spring force adjusting means is a rotating tool that adjusts the force generated by the spring means by adjusting an initial displacement of the spring means .
互いに端面で突き合わされた金属材同士の前記端面同士が接触する接合部に挿入させられ、前記金属材の表面及び裏面から前記接合部を挟み込んだ状態で回転させられる回転ツールであって、
前記金属材の前記面と接触する第1接触部材と、
前記金属材の前記面と接触する第2接触部材と、
前記第1接触部材と前記第2接触部材とを連結しつつ、前記接合部に挿入される攪拌軸部材と、
前記第2接触部材を先端に有しつつ、前記第1接触部材及び前記攪拌軸部材が外側へ突き出す方向及び内側へ引き込む方向に相対的に移動できるように取り付けられた保持部材と、
前記第1接触部材及び前記攪拌軸部材の前記保持部材に対する相対的な位置に応じて、前記第1接触部材及び前記攪拌軸部材が前記保持部材の内側に引き込む方向に力を発生するバネ手段 と、を備えた回転ツール。
A rotating tool that is inserted into the joint where the end faces of the metal materials abutted with each other at the end faces are in contact with each other, and is rotated while sandwiching the joint from the front and back surfaces of the metal material ,
A first contact member in contact with the back surface of the metallic material,
A second contact member in contact with the table surface of said metal member,
An agitation shaft member inserted into the joint portion while connecting the first contact member and the second contact member;
While having the second contact member to-edge, a holding member mounted for relative movement in a direction to draw the direction and inwardly of the first contact member and the stirring shaft member protrudes outward,
A spring means for generating a force in a direction in which the first contact member and the stirring shaft member are drawn inside the holding member according to a relative position of the first contact member and the stirring shaft member with respect to the holding member; , With rotating tool.
前記第1接触部材と前記第2接触部材との間の距離を調整する接触部材間距離調整手段を備えた請求項2に記載の回転ツール。   The rotating tool according to claim 2, further comprising a contact member distance adjusting unit that adjusts a distance between the first contact member and the second contact member. 前記バネ手段は、前記バネ手段が発生する前記力を調整するバネ力調整手段を備えている請求項2又は3に記載の回転ツール。 The rotary tool according to claim 2 or 3 , wherein the spring means includes spring force adjusting means for adjusting the force generated by the spring means. 前記バネ力調整手段は、前記バネ手段の初期変位を調整することにより、前記バネ手段が発生する前記力を調整する請求項4に記載の回転ツール。   The rotary tool according to claim 4, wherein the spring force adjusting means adjusts the force generated by the spring means by adjusting an initial displacement of the spring means. 前記バネ手段はコイルバネを具備する請求項1〜5の何れか一項に記載の回転ツール。   The rotary tool according to claim 1, wherein the spring means includes a coil spring. 前記第1接触部材は前記攪拌軸部材に前記第1接触部材の内部にねじ込まれるイモネジによって固定されている請求項2に記載の回転ツール。   The rotary tool according to claim 2, wherein the first contact member is fixed to the agitation shaft member by a set screw screwed into the first contact member.
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