JP2003062679A - Friction stirring type jointing tool - Google Patents
Friction stirring type jointing toolInfo
- Publication number
- JP2003062679A JP2003062679A JP2001259778A JP2001259778A JP2003062679A JP 2003062679 A JP2003062679 A JP 2003062679A JP 2001259778 A JP2001259778 A JP 2001259778A JP 2001259778 A JP2001259778 A JP 2001259778A JP 2003062679 A JP2003062679 A JP 2003062679A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- tool
- tool body
- friction stir
- stir welding
- pressing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、一対の被接合材間
の突き合わせ面に沿って摩擦攪拌接合を行うための摩擦
攪拌接合ツールに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a friction stir welding tool for performing friction stir welding along an abutting surface between a pair of materials to be welded.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図７(Ａ)に示すように、接合すべき端縁
のみが非拘束状態にある金属板５４，５５を突き合わせ
接合するため、これらの突き合わせ面５６に沿って摩擦
攪拌接合ツール５０が用いられる。係る接合ツール５０
は、円柱形のツール本体５１の底面５２から攪拌ピン５
３を当該ツール本体５１と同軸心にして突設している。
摩擦攪拌接合ツール５０は、その軸心に沿って下向きの
押込み力を負荷され且つ高速回転しつつ、図７(Ａ)で斜
め右上方向である金属板(被接合材)５４，５５の突き合
わせ面５６に沿って移動する。この際、ツール本体５１
は、前進方向と反対側に２〜３度傾斜した前進角θを伴
っている。その結果、突き合わせ面５６付近の金属板５
４，５５の素材であるメタルが攪拌ピン５３との摩擦で
攪拌されるため、金属板５４，５５は、突き合わせ面５
６に沿って摩擦攪拌接合される。2. Description of the Related Art As shown in FIG. 7A, since metal plates 54 and 55 whose only edges to be welded are in an unconstrained state are butt-welded, a friction stir welding tool is provided along these butt faces 56. 50 is used. Related joining tool 50
Is the stirring pin 5 from the bottom surface 52 of the cylindrical tool body 51.
3 is provided so as to be coaxial with the tool main body 51.
The friction stir welding tool 50 is loaded with a downward pushing force along its axis and rotates at a high speed, and the abutting surfaces of the metal plates (materials to be joined) 54 and 55 which are diagonally upper right in FIG. 7A. Move along 56. At this time, the tool body 51
Is associated with a forward angle θ that is inclined 2 to 3 degrees on the side opposite to the forward direction. As a result, the metal plate 5 near the abutting surface 56
Since the metal, which is the material of 4, 55, is agitated by friction with the agitating pin 53, the metal plates 54, 55 are abutted on the abutting surface 5.
Friction stir welding is performed along line 6.
【０００３】ところで、金属板５５が比較的幅の狭い帯
状片である場合、ツール本体５１の底面５２に回転しつ
つ押し付けられる直前の金属板５５の端縁５５ａは、図
７(Ａ)，(Ｂ)に示すように、上向きに浮き上がろうとす
る。浮き上がった端縁５５ａを含む突き合わせ面５６に
沿って、摩擦攪拌接合ツール５０を回転しつつ移動する
と、当該ツール５０が移動した跡に形成される接合部５
７の表面５８の中央部付近には表面欠陥(表面付近の空
隙)６０が形成される。係る表面欠陥６０の存在によ
り、接合部５７の接合強度が低下し所定の接合強度や所
定の密封性が得られない、という問題があった。また、
接合部５７の両側に沿ってバリ５９が形成され、係るバ
リ５９の除去に工数を要することも問題であった。By the way, when the metal plate 55 is a strip having a relatively narrow width, the edge 55a of the metal plate 55 immediately before being pressed against the bottom surface 52 of the tool body 51 while being rotated is shown in FIGS. As shown in B), it tries to rise upward. When the friction stir welding tool 50 is moved while being rotated along the abutting surface 56 including the lifted edge 55a, the joining portion 5 formed at the trace of the movement of the tool 50.
A surface defect (a void near the surface) 60 is formed near the center of the surface 58 of No. 7. Due to the presence of the surface defect 60, there is a problem that the joint strength of the joint portion 57 is lowered and the predetermined joint strength and the predetermined sealability cannot be obtained. Also,
It was also a problem that burrs 59 were formed along both sides of the joint portion 57 and that man-hours were required to remove the burrs 59.
【０００４】前記被接合材の浮き上がりを防ぐため、回
転工具の移動方向の前後に、一対のローラを配置し、当
該ローラを突き合わせ面上に沿って自転可能にして配置
する摩擦攪拌接合設備も提案されている(特開２０００
−３４３２５１号公報参照)。しかしながら、上記一対
のローラは、回転工具(ツール本体)とは独立してその移
動方向の前後にのみ配置され且つ係る位置で自転のみす
るため、接合すべき突き合わせ面(線)が平面視でカーブ
したり、直角やジグザグ状に曲折している場合には、一
対の被接合材を押さえ付けられなくなる、という問題が
あった。In order to prevent the materials to be welded from floating, a friction stir welding facility is also proposed in which a pair of rollers are arranged before and after in the moving direction of the rotary tool, and the rollers are arranged so as to be rotatable along the abutting surfaces. (JP 2000
(See JP-A-343251). However, since the pair of rollers are arranged only before and after in the moving direction independently of the rotary tool (tool body) and rotate only at such a position, the abutting surfaces (lines) to be joined are curved in a plan view. However, there is a problem in that the pair of materials to be joined cannot be pressed when they are bent at a right angle or in a zigzag shape.
【０００５】[0005]
【発明が解決すべき課題】本発明は、以上に説明した従
来の技術における問題点を解決し、突き合わせ線が直線
状でない突き合わせ面の場合にも容易に適用可能で且つ
接合部に欠陥がなくバリが残りにくい摩擦攪拌接合ツー
ルを提供する、ことを課題とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention solves the problems in the prior art described above, and can be easily applied to a butt surface where the butt line is not straight, and there is no defect in the joint. An object of the present invention is to provide a friction stir welding tool in which burrs are less likely to remain.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、ツール本体の外側に沿って被接合材の表面
を常時押さえ付ける、ことに着想して成されたものであ
る。即ち、本発明の摩擦攪拌接合ツール(請求項１)は、
柱形状で且つその軸心を中心に回転するツール本体と、
このツール本体の先端寄りの外周に沿って放射状または
円環状に配置した被接合材押え手段と、を含む、ことを
特徴とする。In order to solve the above-mentioned problems, the present invention has been made based on the idea of constantly pressing the surface of the material to be joined along the outside of the tool body. That is, the friction stir welding tool (claim 1) of the present invention is
A tool body that is column-shaped and rotates around its axis,
And a member-to-be-bonded member pressing means arranged radially or annularly along the outer periphery of the tool body near the tip.
【０００７】これによれば、ツール本体の先端(底面)寄
りの外周に沿って放射状または円環状に配置した被接合
材押え手段は、当該ツール本体と同期したり独自に回転
するか、あるいはツール本体の周囲をリング状に囲むた
め、一対の被接合材の浮き上がりを予防できる。このた
め、一対の被接合材の突き合わせ面に沿って表面欠陥な
どのない健全な接合部を容易に形成できると共に、上記
押え手段により、接合部の両側に沿って生じるバリを押
圧したり押し潰してなくすか小さくできる。しかも、突
き合わせ面(突き合わせ線)が平面視でカーブしたり、直
角やジグザグ状に曲折していても、被接合材押え手段
は、回転するツール本体と共にその周囲でリング状に一
対の被接合材の表面を押さえ付けるため、接合すべき突
き合わせ面の形状に拘わらず安定した摩擦攪拌接合が行
える。According to this, the material pressing means arranged radially or annularly along the outer periphery near the tip (bottom surface) of the tool main body is synchronized with the tool main body or rotates independently, or Since the periphery of the main body is surrounded by a ring, it is possible to prevent the pair of materials to be joined from floating. Therefore, it is possible to easily form a sound joint without surface defects along the abutting surfaces of the pair of materials to be joined, and to press or crush the burr generated along both sides of the joint by the holding means. It can be lost or made smaller. Moreover, even if the abutting surface (butting line) is curved in a plan view or bent at a right angle or in a zigzag shape, the material-to-be-bonded holding means is provided with a pair of materials to be bonded in a ring shape around the rotating tool body. Since the surface of the above is pressed, stable friction stir welding can be performed regardless of the shape of the abutting surfaces to be joined.
【０００８】尚、柱形状のツール本体は、円柱形、正多
角柱(四角柱、六角柱、八角柱など)、または変形多角柱
を含む。このため、係るツール本体の底面には、円形、
正多角形(四角形、六角形、八角形など)、または変形多
角形が含まれる。また、係る底面の中心部には、攪拌ピ
ンがツール本体とほぼ同軸心にして垂下する。係る攪拌
ピンの周面には、接触する被接合材のメタルの攪拌を促
進するため、ネジ部、軸心方向に沿った複数の細溝、軸
心方向と直交する方向に沿った複数の細溝、散点状の突
設された多数の突起群、あるいは、軸心方向にほぼ平行
で且つ散点状の突設された多数の小凸条群などが形成さ
れる。更に、ツール本体には、その底面に上記攪拌ピン
を一端とする渦巻き状の凸条を突設した形態も含まれ
る。The pillar-shaped tool main body includes a cylindrical shape, a regular polygonal pillar (square pillar, hexagonal pillar, octagonal pillar, etc.), or a deformed polygonal pillar. For this reason, the bottom of the tool body is circular,
This includes regular polygons (square, hexagon, octagon, etc.) or deformed polygons. Further, at the center of the bottom surface, a stirring pin hangs substantially coaxially with the tool body. On the circumferential surface of the stirring pin, in order to promote stirring of the metal of the materials to be contacted, a threaded portion, a plurality of fine grooves along the axial direction, and a plurality of fine grooves along a direction orthogonal to the axial direction are formed. Grooves, a large number of projections provided in a scattered manner, or a large group of small projections provided in a scattered manner substantially parallel to the axial direction are formed. Further, the tool main body also includes a mode in which a spiral ridge having the stirring pin as one end is provided on the bottom surface of the tool main body.
【０００９】また、本発明には、前記放射状に配置した
被接合材押え手段は、前記ツール本体の外側に沿って転
動可能に配置され且つ当該ツール本体と共にまたは独立
して回転する複数の押えボールまたは複数の押えローラ
である、摩擦攪拌接合ツール(請求項２)も含まれる。こ
れによれば、複数の押えボールまたは押えローラは、転
動(自転)しつつツール本体と同期してまたは同じ方向や
逆の方向に独立して高速で回転(公転)するため、これら
のボールまたはローラは、接合直前の被接合材を確実に
押さえ付ける。この結果、形成される接合部の表面欠陥
を確実に防ぎ且つバリもなくすか小さくできる。また、
カーブしたり直角やジグザグ状に曲折する突き合わせ面
(突き合わせ線)であっても、上記ボールやローラは、ツ
ール本体と一体的に移動するため、健全な摩擦攪拌接合
を確実に行うことが可能となる。Further, according to the present invention, the radially-arranged members-holding means are arranged so as to be rollable along the outside of the tool body, and are held together with the tool body or independently of each other. A friction stir welding tool (claim 2), which is a ball or a plurality of press rollers, is also included. According to this, a plurality of presser balls or presser rollers rotate (revolve) while rotating (revolving) in synchronization with the tool body or independently in the same direction or in the opposite direction at high speed (revolution). Alternatively, the roller surely presses the materials to be joined immediately before joining. As a result, it is possible to surely prevent the surface defect of the formed joint portion and to reduce or eliminate the burr. Also,
Abutment surface that curves or bends at a right angle or in a zigzag shape
Even at the (butt line), since the balls and rollers move integrally with the tool body, sound friction stir welding can be reliably performed.
【００１０】尚、複数の押えボールまたは押えローラ
は、ツール本体の軸心を中心として、２個〜８個程度が
ホルダーを介してほぼ放射状で且つ互いに対称に配置さ
れる。係る押えボールや押えローラは、各ボール毎や各
ローラ毎の専用のホルダー、または全ボールまたはロー
ラを転動可能に支持するリング形状のホルダーに収容さ
れる。また、上記ホルダーは、ツール本体と連結される
か、ツール本体の外周に回転可能に支持され別途の駆動
源により独自の速度で回転される。A plurality of pressing balls or pressing rollers are arranged approximately radially and symmetrically with respect to each other about the axis of the tool body through the holder. The pressing ball and the pressing roller are accommodated in a dedicated holder for each ball or each roller, or a ring-shaped holder that rotatably supports all balls or rollers. The holder is connected to the tool body or rotatably supported on the outer circumference of the tool body and rotated at its own speed by a separate drive source.
【００１１】更に、本発明には、前記円環状に配置した
被接合材押え手段は、前記ツール本体の外周に沿ってほ
ぼ同心円状に配置される押えリングであり、係るリング
は上記ツール本体と共に回転または当該ツール本体と独
立して支持され且つ底部の断面がカーブしている、摩擦
攪拌接合ツール(請求項３)も含まれる。これによれば、
押えリングは、ツール本体と同期して回転(公転)する
か、別途に独立して支持されて独自の速度でツール本体
と同じ方向または逆の方向に回転(公転)したり、あるい
は回転不能とされつつ、当該ツール本体の周囲におい
て、接合直前の被接合材を円環状にして確実に押さえ付
ける。この結果、形成される接合部の表面欠陥を確実に
防ぎ且つバリもなくすか小さくすると共に、カーブした
り直角やジグザグ状に曲折する突き合わせ面(線)でも、
ツール本体と共に移動するため、健全な摩擦攪拌接合を
確実に行うことが可能となる。尚、上記押えリングに
は、例えば断面ほぼ半円形または円形で平面視がリング
形状を呈し且つ高硬度で耐磨耗性の鋼材またはセラミッ
クスが適用される。Further, according to the present invention, the to-be-bonded material pressing means arranged in the annular shape is a pressing ring arranged substantially concentrically along the outer periphery of the tool body, and the ring is provided together with the tool body. Also included is a friction stir welding tool (claim 3) which is rotated or is supported independently of the tool body and has a curved bottom section. According to this
The presser ring rotates (revolves) in synchronization with the tool body, or is supported separately and rotates (revolves) in the same direction as the tool body or in the opposite direction at its own speed (revolution), or it cannot rotate. At the same time, around the tool body, the material to be joined immediately before joining is made into an annular shape and is reliably pressed down. As a result, while reliably preventing the surface defects of the formed joint and eliminating or reducing burrs, even in the abutting surface (line) that curves or bends at a right angle or in a zigzag shape,
Since the tool moves together with the tool body, sound friction stir welding can be reliably performed. The pressing ring is made of, for example, a steel material or a ceramic material having a substantially semicircular or circular cross section and having a ring shape in plan view and having high hardness and abrasion resistance.
【００１２】加えて、本発明には、前記複数の押えボー
ル、複数の押えローラ、または押えリングは、前記ツー
ル本体の外周面に対し弾性体を介して間接的または直接
的に支持される、摩擦攪拌接合ツール(請求項４)も含ま
れる。これによれば、ツール本体に軸心方向に沿って負
荷される押し込み力が、押えボールや押えリングに伝達
される事態を低減でき、被接合材の表面への押え力を適
正化し且つバリの押し潰しを効果的に行うことができ
る。また、接合すべき一対の被接合材の少なくとも一方
の表面が波打つように緩く凹凸していても、複数の押え
ボールなどは、係る凹凸のある表面に倣って自転または
摺動するため、それらの中心付近で回転するツール本体
の摩擦攪拌作用を支障なく行わせ得る。尚、上記「間接
的に支持される」とは、複数の押えボールまたは押えロ
ーラを転動可能に保持するホルダーを介してツール本体
に支持することを指し、上記「直接的に支持される」と
は、押えリングを直にツール本体に支持することを指
す。In addition, according to the present invention, the plurality of presser balls, the plurality of presser rollers, or the presser ring are indirectly or directly supported by the outer peripheral surface of the tool body via an elastic body. A friction stir welding tool (claim 4) is also included. According to this, it is possible to reduce the situation in which the pushing force applied to the tool body along the axial direction is transmitted to the presser ball and the presser ring, the pressurizing force to the surface of the material to be welded is optimized, and burrs are removed. Crushing can be performed effectively. Further, even if at least one surface of the pair of materials to be joined is unevenly corrugated so as to undulate, since a plurality of holding balls or the like rotate or slide along the surface having such unevenness, those The friction stir action of the tool body rotating near the center can be performed without any hindrance. The term "indirectly supported" means that the tool body is supported via a holder that holds a plurality of pressing balls or pressing rollers so that they can roll, and the above "directly supported". Means to directly support the presser ring on the tool body.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下において、本発明の実施に好
適な形態を図面と共に説明する。図１(Ａ)，(Ｂ)は、本
発明の１形態である摩擦攪拌接合ツール１の外観を示
す。係る接合ツール１は、図１(Ａ)，(Ｂ)に示すよう
に、ＪＩＳ：ＳＫＤ６１などの工具鋼からなる成形体で
且つ円柱形のツール本体２と、その中間から外側に突出
する円盤形のフランジ６と、係るフランジ６を互いに対
称な位置で垂直に貫通する４本のボルト８と、係るボル
ト８の下端にそれぞれ固定したホルダー１２により転動
(自転)自在に保持される４個の押えボール(被接合材押
え手段)１０と、を含む。図１(Ａ)，(Ｂ)に示すよう
に、ツール本体２の下端(先端)に位置する円形の底面３
には、その中心部から当該ツール本体２と同軸心で円柱
形の攪拌ピン４が垂下する。尚、上記底面３には、その
周縁寄りから攪拌ピン４の根元付近に渦巻き形に連なる
約１周巻きの渦巻き状の凸条５が突設されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. 1 (A) and 1 (B) show the appearance of a friction stir welding tool 1 which is one mode of the present invention. As shown in FIGS. 1 (A) and 1 (B), the welding tool 1 is a molded body made of tool steel such as JIS: SKD61 and has a cylindrical tool body 2, and a disk shape protruding outward from the middle thereof. Of the bolt 6, four bolts 8 vertically penetrating the flange 6 at positions symmetrical to each other, and a holder 12 fixed to the lower end of the bolt 8 respectively.
It includes four holding balls (bonding member holding means) 10 which are (rotatably) held freely. As shown in FIGS. 1A and 1B, a circular bottom surface 3 located at the lower end (tip) of the tool body 2
A cylindrical stirring pin 4 hangs down from the center of the tool coaxially with the tool body 2. The bottom surface 3 is provided with a spiral ridge 5 having a spiral shape and extending in a spiral shape near the root of the stirring pin 4 from the periphery thereof.
【００１４】また、各ボルト８は、図２(Ａ)の垂直断面
図に示すように、フランジ６に穿孔した通し孔７に隙間
を持って貫通し、且つ係る通し孔７に隣接する凹部９と
ホルダー１２との間で且つ各ボルト８の周囲には、図１
(Ａ)，(Ｂ)およびに図２(Ａ)示すように、コイルバネ
(弾性体)１１がそれぞれ巻き付けられる。更に、押えボ
ール１０は、ホルダー１２の底面に開口する球形状穴
(ボール軸受け)１３内に自転可能に嵌装され、且つ潤滑
油などに覆われている。各押えボール１０の最下端部
(接触点)は、ツール本体２の先端の底面３と同じか僅か
に高い位置(先端寄り)に設定される。尚、コイルバネ１
１には公知のバネ鋼が適用されると共に、押えボール１
０は通常のボールベアリングと同様の鋼球が用いられ
る。As shown in the vertical sectional view of FIG. 2 (A), each bolt 8 penetrates a through hole 7 formed in the flange 6 with a gap, and a recess 9 adjacent to the through hole 7. Between the holder and the holder 12 and around each bolt 8.
As shown in FIGS. 2A and 2A, coil springs
(Elastic body) 11 is wound around each. Further, the presser ball 10 has a spherical hole opened on the bottom surface of the holder 12.
(Ball bearing) 13 is rotatably fitted inside and is covered with lubricating oil or the like. The bottom end of each presser ball 10
The (contact point) is set at the same position as the bottom surface 3 of the tip of the tool body 2 or slightly higher (closer to the tip). The coil spring 1
A well-known spring steel is applied to 1 and a presser ball 1
For 0, a steel ball similar to an ordinary ball bearing is used.
【００１５】摩擦攪拌接合ツール１を用いた接合方法
を、図２(Ｂ)により説明する。図２(Ｂ)は、例えばＪＩ
Ｓ：Ａ６０６１などのアルミニウム合金からなる一対の
板材(被接合材)Ｐ１，Ｐ２を、両者間の突き合わせ面Ｔ
を介して、突き合わせ且つ拘束した状態を示す。図２
(Ｂ)に示すように、板材Ｐ１，Ｐ２間の突き合わせ面Ｔ
における手前側の一端付近に、摩擦攪拌接合用ツール１
を、そのツール本体２の軸心を上記板材Ｐ１，Ｐ２の表
面に対し垂直姿勢にして配置する。この際、摩擦攪拌接
合用ツール１は、ツール本体２、攪拌ピン４、押えボー
ル１０などを１００〜１５００ｒｐｍで高速回転し且つ
０．０５〜２ｍ／分の移動速度で、図２(Ｂ)中の斜め矢
印方向に移動される。しかも、ツール本体２や攪拌ピン
４は、数ｋＮ〜３０ｋＮの押圧力(押し込み力)を軸心方
向に伴っている。A welding method using the friction stir welding tool 1 will be described with reference to FIG. FIG. 2B shows, for example, JI.
S: A pair of plate materials (materials to be bonded) P1 and P2 made of an aluminum alloy such as A6061 and a butted surface T between them.
The state of abutting and restraining is shown through. Figure 2
As shown in (B), the abutting surface T between the plate members P1 and P2
The friction stir welding tool 1 near one end on the front side of
Is arranged such that the axis of the tool body 2 is in a vertical posture with respect to the surfaces of the plate members P1 and P2. At this time, the friction stir welding tool 1 rotates the tool body 2, the stirring pin 4, the presser ball 10 and the like at a high speed of 100 to 1500 rpm and moves at a speed of 0.05 to 2 m / min. Is moved in the direction of the diagonal arrow. Moreover, the tool body 2 and the stirring pin 4 are accompanied by a pressing force (pushing force) of several kN to 30 kN in the axial direction.
【００１６】また、攪拌ピン４は、高速回転しつつ突き
合わせ面Ｔ付近に沿って移動すると共に、４個の押えボ
ール１０は、図２(Ｂ)に示すように、突き合わせ面Ｔを
挟んだ板材Ｐ１，Ｐ２の表面をツール本体２と共に同期
回転(公転)しつつ個別に転動(自転)する。尚、ツール本
体２および攪拌ピン４に加えられる上記押圧力は、各ボ
ルト８がフランジ６をルーズに貫通し且つコイルバネ１
１が巻き付けられているので、各押えボール１０にはか
なり低減される。このため、各押えボール１０は、突き
合わせ面Ｔ付近の板材Ｐ１，Ｐ２の表面を押え且つツー
ル本体２の直前の位置において、板材Ｐ１，Ｐ２の何れ
かが浮き上がる事態を防止する。The stirring pin 4 moves along the vicinity of the abutting surface T while rotating at a high speed, and the four pressing balls 10 are made of a plate material sandwiching the abutting surface T as shown in FIG. 2 (B). The surfaces of P1 and P2 are individually rotated (spin) while synchronously rotating (revolving) with the tool body 2. The pressing force applied to the tool main body 2 and the stirring pin 4 causes the bolts 8 to pass through the flange 6 loosely and the coil spring 1
Since 1 is wound, each pressing ball 10 is considerably reduced. Therefore, each pressing ball 10 presses the surfaces of the plate members P1 and P2 in the vicinity of the abutting surface T and prevents the plate members P1 and P2 from floating at the position immediately before the tool body 2.
【００１７】前記高速回転する攪拌ピン４が、押込力を
伴い且つ回転しながら進入することにより、突き合わせ
面Ｔの付近を形成するアルミニウム合金(以下、メタル
と称する)は、軟化して攪拌される。また、係るメタル
は、渦巻き状の凸条５によって攪拌ピン４寄りに求心状
にも攪拌される。以上のように攪拌されたメタルは、攪
拌ピン４の通過の跡(ツール本体２の移動軌跡)に供給さ
れ且つ順次固化する。この結果、図２(Ｂ)，図３(Ａ)に
示すように、摩擦攪拌接合ツール１が回転しつつ移動し
た跡には、前記突き合わせ面Ｔを中央にした所定幅で且
つ所要の深さを有する接合部Ｓが形成される。When the stirring pin 4 rotating at a high speed enters with a pushing force and while rotating, the aluminum alloy (hereinafter referred to as metal) forming the vicinity of the abutting surface T is softened and stirred. . The metal is also centripetally stirred toward the stirring pin 4 by the spiral ridge 5. The metal stirred as described above is supplied to the trace of the passage of the stirring pin 4 (movement locus of the tool main body 2) and is sequentially solidified. As a result, as shown in FIGS. 2 (B) and 3 (A), the trace of the friction stir welding tool 1 moving while rotating has a predetermined width centered on the abutting surface T and a required depth. A joint S having is formed.
【００１８】係る接合部Ｓは、浮き上がりのない突き合
わせ面Ｔに沿って摩擦攪拌接合されることにより形成さ
れるため、板材Ｐ１，Ｐ２の裏面側へのメタルの流出が
なくなり、従来のように表面欠陥が形成されない。ま
た、係る接合部Ｓの表面１７には、ツール本体２が回転
し且つ移動した軌跡に倣った多数のカーブ１８が凹凸状
に形成される。しかし、ツール本体２が通過しても、そ
の直後に４個の押えボール１０が接合部Ｓの表面１７上
を自転しつつ公転する。このため、上記表面１７の多数
のカーブ１８における凹凸状の断面は、従来に比べて低
く且つ小さくなり、接合部Ｓの表面１７は平坦面に近付
く。更に、ツール本体２の通過直後において、接合部Ｓ
の表面１７の両側に形成され始めたバリは、各押えボー
ル１０により、押し潰されたり折り倒される。このた
め、摩擦攪拌接合した後で、接合部Ｓのバリを除去する
仕上げ加工が不要になるか著しく低減することができ
る。尚、前記突き合わせ面Ｔが平面視でカーブしたりジ
グザグ状であっても、摩擦攪拌接合ツール１を用いる
と、ツール本体２と共に押えボール１０を係る突き合わ
せ面Ｔに精度良く追従させることができる。Since the joining portion S is formed by friction stir welding along the butt surface T which does not rise, the metal does not flow out to the back surface side of the plate materials P1 and P2, and the surface is different from the conventional surface. No defects are formed. Further, on the surface 17 of the joint portion S, a large number of curves 18 are formed in a concavo-convex shape following the trajectory of the tool body 2 rotating and moving. However, even if the tool body 2 passes, immediately after that, the four pressing balls 10 revolve around the surface 17 of the joint S while rotating on their axes. Therefore, the uneven cross section of the many curves 18 of the surface 17 is lower and smaller than the conventional one, and the surface 17 of the joint S approaches a flat surface. Further, immediately after passing through the tool body 2, the joint S
The burrs that have begun to be formed on both sides of the surface 17 are crushed or folded by the pressing balls 10. Therefore, after the friction stir welding, the finishing process for removing the burr at the joint S is not necessary or can be significantly reduced. Even if the abutting surface T is curved or zigzag in a plan view, by using the friction stir welding tool 1, the tool body 2 and the pressing ball 10 can accurately follow the abutting surface T.
【００１９】ところで、図３(Ｂ)に示すように、突き合
わせ面Ｔに沿って移動する前進方向と反対側に約２度の
前進角θをツール本体２および攪拌ピン４に付けた状態
で摩擦攪拌ツール１を用いても良い。即ち、ツール本体
２および攪拌ピン４が傾斜した状態で高速回転しても、
押えボール１０は、各ボルト８がフランジ６をルーズに
貫通し且つボルト８にコイルバネ１１が巻き付けられて
いる。このため、ツール本体２直前の位置(図示で右側)
では、ボルト８が持ち上がっても、押えボール１０は、
コイルバネ１１によりホルダー１２と共に下向きに押し
付けられる。この結果、接合直前の突き合わせ面Ｔにお
ける板材Ｐ１，Ｐ２の表面を常に押え付けるため、その
浮き上がりを防げる。By the way, as shown in FIG. 3B, the tool body 2 and the agitating pin 4 are rubbed with an advancing angle θ of about 2 degrees on the side opposite to the advancing direction moving along the abutting surface T. The stirring tool 1 may be used. That is, even if the tool body 2 and the stirring pin 4 are rotated at a high speed in a tilted state,
In the presser ball 10, each bolt 8 penetrates the flange 6 loosely, and the coil spring 11 is wound around the bolt 8. Therefore, the position just before the tool body 2 (right side in the figure)
Then, even if the bolt 8 is lifted, the presser ball 10
It is pressed downward together with the holder 12 by the coil spring 11. As a result, since the surfaces of the plate members P1 and P2 on the abutting surface T immediately before joining are always pressed down, the floating thereof can be prevented.
【００２０】尚、前進角θを付さずに、ツール本体２お
よび攪拌ピン４を板材Ｐ１，Ｐ２の表面に対し直角の姿
勢にした場合でも、板材Ｐ１，Ｐ２の表面自体が緩く波
打つような凹凸を呈することがある。係る場合にも、押
えボール１０は、コイルバネ１１により板材Ｐ１，Ｐ２
の表面における凹凸に倣って自転しつつツール本体２の
周囲を公転することができる。また、押えボール１０を
支持する上記ホルダー１２およびバネ１１は、ツール本
体２の外側に回転可能に別途支持され且つツール本体２
と独立してこれと同じ方向または逆方向に回転するよう
にしても良い。Even when the tool main body 2 and the stirring pin 4 are placed at a right angle to the surfaces of the plate materials P1 and P2 without the advancing angle θ, the surfaces themselves of the plate materials P1 and P2 are undulated gently. May exhibit irregularities. Even in such a case, the presser ball 10 has the coil springs 11 for the plate members P1 and P2.
It is possible to revolve around the tool body 2 while rotating around the irregularities on the surface of the tool body 2. Further, the holder 12 and the spring 11 that support the presser ball 10 are rotatably separately supported outside the tool body 2 and the tool body 2 is provided.
Independently of this, it may rotate in the same direction or in the opposite direction.
【００２１】図４は、前記接合ツール１の応用形態の摩
擦攪拌接合ツール１ａに関する。摩擦攪拌接合ツール１
ａは、図４(Ａ)〜(Ｃ)に示すように、前記同様の底面
３、攪拌ピン４、渦巻き状の凸条５、およびフランジ６
を一体に有するツール本体２と、４個の押えボール１０
を個別に転動可能に保持する４個のホルダー１２を一体
に接続したリング板１４と、を含む。係るリング板１４
は、ツール本体２との間に丸穴１４ａを有すると共に、
各ホルダー１２の真上の位置から前記同様に４本のボル
ト８が立設し且つフランジ６の通し孔７を貫通する。
尚、各ボルト８の周りで且つフランジ６の凹部９とリン
グ板１４との間には、前記同様コイルバネ１１が巻き付
けられる。FIG. 4 relates to a friction stir welding tool 1a which is an application form of the welding tool 1. Friction stir welding tool 1
As shown in FIGS. 4 (A) to 4 (C), a is the same bottom surface 3, stirring pin 4, spiral ridge 5, and flange 6 as described above.
Tool body 2 having a single body and four presser balls 10
And a ring plate 14 integrally connected with four holders 12 for individually holding each holder so as to be rollable. Related ring plate 14
Has a round hole 14a between the tool body 2 and
From the position directly above each holder 12, four bolts 8 stand upright and penetrate through the through holes 7 of the flange 6 as described above.
A coil spring 11 is wound around each bolt 8 and between the recess 9 of the flange 6 and the ring plate 14 as described above.
【００２２】図４(Ｂ)，(Ｃ)に示すように、各ボルト８
およびコイルバネ１１の付近で且つリング板１４の円周
方向に沿った両側の位置には、一対のガイドピン１５が
固定され且つ上向きに立設している。係るガイドピン１
５は、図４(Ｂ)に示すように、フランジ６における通し
孔７の両側に穿孔した細径の透孔１６内をスライド可能
に貫通する。以上のような摩擦攪拌接合ツール１ａによ
れば、押えボール１０を保持する４個のホルダー１２が
リング板１４に一体化され且つ８本のガイドピン１５が
フランジ６を貫通した状態で、４本のボルト８およびコ
イルバネ１１がリング板１４とフランジ６との間に介在
している。このため、前記接合ツール１の利点に加え
て、各押えボール１０およびボルト８を垂直方向に沿っ
て安定した姿勢に保ちつつ前述した摩擦攪拌接合を実行
することが可能となる。As shown in FIGS. 4B and 4C, each bolt 8
A pair of guide pins 15 are fixed near the coil spring 11 and on both sides of the ring plate 14 in the circumferential direction, and stand upright. Guide pin 1 concerned
As shown in FIG. 4B, 5 slidably penetrates through a small-diameter through hole 16 formed on both sides of the through hole 7 in the flange 6. According to the friction stir welding tool 1a as described above, the four holders 12 holding the presser balls 10 are integrated with the ring plate 14 and the eight guide pins 15 penetrate the flange 6 to form the four holders 12. Bolt 8 and coil spring 11 are interposed between the ring plate 14 and the flange 6. Therefore, in addition to the advantages of the welding tool 1, the friction stir welding described above can be performed while maintaining the presser balls 10 and the bolts 8 in a stable posture along the vertical direction.
【００２３】尚、上記ガイドピン１５は、リング板１４
における隣接するボルト８，８の間に１本ずつ配置して
も良い。また、摩擦攪拌接合ツール１，１ａにおいて、
押えボール１０は、ツール本体２の軸心を中心として２
個、３個、または５〜８個を、当該ツール本体２の周り
に対称且つ放射状に配置しても良い。更に、押えボール
１０は、ホルダー１２内において水平な軸により軸支さ
れ、且つ垂直面に沿って回転する次述するころがり(ロ
ーラ)軸受けにより保持しても良い。加えて、上記ホル
ダー１２およびリング板１４は、ツール本体２の外周側
に回転可能に支持され且つツール本体２と独立して同じ
か逆の方向に回転するようにしても良い。The guide pin 15 is formed by the ring plate 14
One bolt may be arranged between the adjacent bolts 8 and 8. Further, in the friction stir welding tools 1 and 1a,
The presser ball 10 is 2 with the axis of the tool main body 2 as the center.
Pieces, 3 pieces, or 5 to 8 pieces may be arranged symmetrically and radially around the tool body 2. Further, the presser ball 10 may be supported by a rolling bearing which will be described below and which is supported by a horizontal shaft in the holder 12 and rotates along a vertical plane. In addition, the holder 12 and the ring plate 14 may be rotatably supported on the outer peripheral side of the tool body 2 and rotated independently of the tool body 2 in the same or opposite directions.
【００２４】図５は、前記接合ツール１の応用形態の摩
擦攪拌接合ツール１ｂに関する。摩擦攪拌接合ツール１
ｂは、図５(Ａ)，(Ｂ)に示すように、前記同様の底面
３、攪拌ピン４、渦巻き状の凸条５、およびフランジ６
を一体に有するツール本体２と、４個の押えローラ(被
接合材押え手段)２０を個別に軸支するホルダー２２
と、各ホルダー２２から垂直に立設し且つフランジ６を
回転不能に貫通する非円形断面のボルト２６と、を含
む。上記ローラ２０は、鋼材またはセラミックからな
り、幅の狭い平らなロール周面の両側にアールまたは面
取りを有する。係るローラ２０は、水平な回転軸２４に
より断面コ字形のホルダー２２にころがり軸受けと同様
に保持される。FIG. 5 relates to a friction stir welding tool 1b which is an application form of the welding tool 1. Friction stir welding tool 1
As shown in FIGS. 5 (A) and 5 (B), b is the same bottom surface 3, stirring pin 4, spiral ridge 5, and flange 6 as described above.
Tool body 2 integrally having a holder and holder 22 for individually supporting four pressing rollers (bonding material pressing means) 20 individually
And a bolt 26 having a non-circular cross section that stands vertically from each holder 22 and non-rotatably penetrates the flange 6. The roller 20 is made of steel or ceramic, and has rounded or chamfered sides on both sides of a narrow flat flat peripheral surface. The roller 20 is held by a horizontal rotary shaft 24 in a holder 22 having a U-shaped cross section like a roller bearing.
【００２５】また、ボルト２６は、周面の一部に平坦面
を有するか、例えば４角形または６角形などの非円形断
面を有し、フランジ６に穿孔した相似形(非円形断面)の
通し孔１９に隙間を置いて貫通している。そして、各ボ
ルト２６は、図５(Ａ)，(Ｂ)に示すように、押えローラ
２０がツール本体２を中心とする円周方向に沿って転動
(自転)でき且つ回転(公転)できるような姿勢で通し孔１
９を貫通することにより、フランジ６に支持される。
尚、各ボルト２６の周りで且つホルダー２２とフランジ
６の凹部９との間には前記同様のコイルバネ１１が巻き
付けられている。以上のような摩擦攪拌接合ツール１ｂ
によれば、図５(Ａ)に示すように、板材(被接合材)Ｐ
１，Ｐ２の突き合わせ面Ｔに沿って回転しつつ移動する
攪拌ピン４などを含むツール本体２と共に、その周囲で
４個の押えローラ２０が自転および公転する。このた
め、浮き上がりのない突き合わせ面Ｔに沿って摩擦攪拌
接合できるので、形成される接合部Ｓには、従来のよう
に表面欠陥が形成されない。The bolt 26 has a flat surface on a part of its peripheral surface, or has a non-circular cross section such as a quadrangle or a hexagon, and has a similar shape (non-circular cross section) through which the flange 6 is perforated. The hole 19 is penetrated with a gap. Then, as shown in FIGS. 5A and 5B, each bolt 26 causes the pressing roller 20 to roll along the circumferential direction with the tool body 2 as the center.
Through hole 1 in such a posture that it can rotate (revolve) and rotate (revolve)
By penetrating through 9, it is supported by the flange 6.
A coil spring 11 similar to the above is wound around each bolt 26 and between the holder 22 and the recess 9 of the flange 6. Friction stir welding tool 1b as described above
According to the method, as shown in FIG. 5 (A), the plate material (material to be joined) P
Along with the tool main body 2 including the stirring pin 4 which moves while rotating along the abutting surface T of the first and P2, the four pressing rollers 20 rotate and revolve around it. For this reason, since friction stir welding can be performed along the butt surface T which does not rise, surface defects are not formed in the formed joint portion S as in the conventional case.
【００２６】また、係る接合部Ｓの表面１７は、各押え
ローラ２０により押さえ付けられるため、接合部Ｓの表
面１７の前記カーブ１８における凹凸状の断面は、低く
且つ小さくなり、接合部Ｓの表面１７は平坦面に近付
く。更に、ツール本体２の通過直後において、接合部Ｓ
の表面１７は各押えローラ２０により押さえ付けられ、
形成直後のバリを確実に押し潰することができる。しか
も、カーブやジグザグ状の突き合わせ面Ｔでも確実に上
述した摩擦攪拌接合を施すことができる。尚、押えロー
ラ２０は、ツール本体２の軸心を中心として２個、３
個、または５〜８個を、当該ツール本体２の周りに対称
且つ放射状に配置しても良い。また、上記ホルダー２２
およびバネ１１は、ツール本体２の外周側に回転可能に
支持され且つツール本体２と独立して同じか逆の方向に
回転するようにしても良い。更に、上記４つのホルダー
２２を前記リング板１４によって接続しても良い。Further, since the surface 17 of the joint S is pressed by each pressing roller 20, the uneven cross section of the curve 18 of the surface 17 of the joint S becomes low and small. The surface 17 approaches a flat surface. Further, immediately after passing through the tool body 2, the joint S
The surface 17 of the is pressed by each pressing roller 20,
It is possible to reliably crush the burr just after formation. Moreover, the friction stir welding described above can be reliably performed even on a curved or zigzag-shaped butting surface T. In addition, the presser roller 20 has two pieces around the axis of the tool body 2 and three pieces.
Alternatively, 5 or 8 pieces may be arranged symmetrically and radially around the tool body 2. In addition, the holder 22
The spring 11 and the spring 11 may be rotatably supported on the outer peripheral side of the tool body 2 and rotated independently of the tool body 2 in the same or opposite directions. Further, the four holders 22 may be connected by the ring plate 14.
【００２７】図６は、異なる形態の摩擦攪拌接合ツール
３０，３１に関する。摩擦攪拌接合ツール３０は、図６
(Ａ)，(Ｂ)に示すように、前記同様の工具鋼からなる円
柱形のツール本体３２と、その底面(先端面)３３の中心
から同軸心で垂下する攪拌ピン３４と、係るピン３４か
ら底面３３の周縁に向けて突出する渦巻き状の凸条３５
と、ツール本体３２の周囲に隙間３７を介し且つ同軸心
で配置された円筒形の支持体３６と、その下端のリング
片３８の底面に固定した断面ほぼ半円形の押えリング
(被接合材押え手段)４０と、を含む。係る押えリング４
０を有する支持体３６は、ツール本体３２とは別途に支
持されると共に、ツール本体３２と同じ方向または逆の
方向に低速度で回転可能とされているか、あるいは回転
不能として支持される。係る支持体３６は、図示しない
バネなどの弾性体を介して支持しても良い。FIG. 6 relates to different forms of friction stir welding tools 30, 31. The friction stir welding tool 30 is shown in FIG.
As shown in (A) and (B), a cylindrical tool body 32 made of the same tool steel as described above, a stirring pin 34 that hangs coaxially from the center of its bottom surface (tip surface) 33, and the pin 34 Spiral protrusions 35 protruding from the periphery of the bottom surface 33
And a cylindrical support body 36 arranged coaxially around the tool body 32 with a gap 37 therebetween, and a holding ring having a substantially semicircular cross section fixed to the bottom surface of a ring piece 38 at its lower end.
(Bonding material pressing means) 40. Related presser ring 4
The support 36 having 0 is supported separately from the tool main body 32, and is rotatable at a low speed in the same direction as the tool main body 32 or in the opposite direction, or is non-rotatably supported. The support 36 may be supported via an elastic body such as a spring (not shown).
【００２８】尚、押えリング４０は、半円形の断面に限
らず、底部の断面がカーブした形状を有し、摩擦係数が
小さく耐磨耗性に優れた鋼材やセラミックから成形され
る。以上の摩擦攪拌接合ツール３０によれば、ツール本
体３２および攪拌ピン３４などは、前記突き合わせ面Ｔ
に沿って回転しつつ移動する一方、支持体３６を含む押
えリング４０は、突き合わせ面Ｔを形成する一対の被接
合材の表面を低速度で回転しつつ、あるいは回転せずに
押さえ付ける。この際、一対の被接合材は、その表面を
押えリング４０の円形の底部に常時押えられるため、何
れかが突き合わせ面Ｔで浮き上がる事態を確実に予防で
きる。しかも、カーブやジグザグ状の突き合わせ面Ｔで
も確実に前述した摩擦攪拌接合が施せる。従って、前述
した表面欠陥がなくバリもほぼ皆無の健全な接合部Ｓを
形成することが可能となる。The pressing ring 40 is not limited to a semi-circular cross section, but has a curved bottom cross section, and is formed of steel or ceramic having a small friction coefficient and excellent abrasion resistance. According to the friction stir welding tool 30 described above, the tool body 32, the stirring pin 34, and the like have the butt surface T
While moving along with, the pressing ring 40 including the support 36 presses the surfaces of the pair of materials to be joined forming the abutting surface T at low speed or without rotating. At this time, since the surfaces of the pair of materials to be bonded are constantly pressed against the circular bottom portion of the pressing ring 40, it is possible to reliably prevent the situation where any of the materials to be lifted up at the abutting surface T. In addition, the friction stir welding described above can be reliably performed even on a curved or zigzag-shaped butting surface T. Therefore, it is possible to form a sound joint S having no surface defects and almost no burrs.
【００２９】また、摩擦攪拌接合ツール３１は、図６
(Ｃ)に示すように、上記と同じく攪拌ピン３４や渦巻き
状の凸条３５を含むツール本体３２と、その周面の中間
から外側に突出する円盤形のフランジ４２と、係るフラ
ンジ４２を互いに対称な位置で垂直に貫通する複数のボ
ルト４８と、これらのボルト４８の下端に固定したリン
グ板４６と、係るリング板４６の底面に固定した押えリ
ング(被接合材押え手段)４０と、を含む。図６(Ｃ)に示
すように、リング板４６における内側の丸穴４７内をツ
ール本体３２が貫通する。また、フランジ４２に設けた
通し孔４３にボルト４８が隙間を置いて貫通し、係る通
し孔４３の下部には凹部４４が形成されている。更に、
係る凹部４４を含むフランジ４２とリング板４６との間
で且つボルト４８の周囲にコイルバネ(弾性体)４９が巻
き付けられている。The friction stir welding tool 31 is shown in FIG.
As shown in (C), similarly to the above, the tool body 32 including the stirring pin 34 and the spiral ridge 35, the disk-shaped flange 42 protruding outward from the middle of the peripheral surface thereof, and the related flange 42 are mutually connected. A plurality of bolts 48 that vertically penetrate at symmetrical positions, a ring plate 46 fixed to the lower ends of these bolts 48, and a holding ring (bonding material holding means) 40 fixed to the bottom surface of the ring plate 46 are provided. Including. As shown in FIG. 6C, the tool main body 32 penetrates through the inside circular hole 47 in the ring plate 46. Further, the bolt 48 penetrates the through hole 43 provided in the flange 42 with a gap, and a recess 44 is formed in the lower portion of the through hole 43. Furthermore,
A coil spring (elastic body) 49 is wound between the flange 42 including the recess 44 and the ring plate 46 and around the bolt 48.
【００３０】以上のような摩擦攪拌接合ツール３１によ
れば、ツール本体３２および攪拌ピン３４や凸条３５が
前記突き合わせ面Ｔに沿って回転しつつ移動し、これら
と同期して押えリング４０も回転しつつ移動する。この
ため、押えリング４０は、前記突き合わせ面Ｔを形成す
る一対の被接合材の表面を回転しつつ押さえ付けるの
で、被接合材の何れかが突き合わせ面で浮き上がる事態
を確実に予防できる。更に、ツール本体３２および押え
リング４０は、カーブやジグザグ状の突き合わせ面Ｔに
も追従できるため、確実に前述した摩擦攪拌接合を施せ
る。従って、前述した表面欠陥がなくバリもほぼ皆無の
健全な接合部Ｓを形成することができる。尚、上記押え
リング４０は、その底部が全周にわたり同じ高さでな
く、底部の円周方向に沿って緩く連続してうねる波形の
形状にしても良い。According to the friction stir welding tool 31 as described above, the tool body 32, the stirring pin 34, and the ridge 35 move while rotating along the abutting surface T, and the pressing ring 40 also synchronizes with them. Move while rotating. Therefore, since the pressing ring 40 presses the surfaces of the pair of materials to be joined that form the abutting surface T while rotating, it is possible to reliably prevent a situation where any of the materials to be joined floats on the abutting surfaces. Further, the tool body 32 and the pressing ring 40 can follow the curved or zigzag-shaped butting surface T, so that the friction stir welding described above can be reliably performed. Therefore, it is possible to form a sound joint S having no surface defect and almost no burr described above. The pressing ring 40 may have a wavy shape in which the bottom portion does not have the same height over the entire circumference but is gently and continuously undulating along the circumferential direction of the bottom portion.
【００３１】本発明は、以上において説明した各形態に
限定されるものではない。例えば、前記攪拌ピン４，３
４は、前記ツール本体２などの底面３などの中心部から
同軸心で垂下する形態に限らず、底面３などの中心から
やや偏心した位置から垂下する形態とすることもでき
る。あるいは、底面３などの渦巻き状の凸条５を省略
し、係る底面３などをその周縁部よりも攪拌ピンの根元
寄りが上向きに緩く傾斜して凹む形態としても良い。ま
た、攪拌ピン４などの形状は、前記円柱形に限らず、四
角柱以上の正多角柱や変形多角柱としても良く、攪拌ピ
ン４の周面に複数のネジ山およびネジ谷を刻設したり、
攪拌ピン４などの周面にその軸心に平行または直角とし
た複数の連続する細溝を設けたり、あるいは散点状の突
起を多数突設した形態としても良い。更に、弾性体は、
前記コイルバネ１１，４９に限らず、板バネや空気バネ
などの他のバネとしたり、柔軟性を有する合成ゴムや樹
脂の成形体を用いても良い。The present invention is not limited to each of the forms described above. For example, the stirring pins 4, 3
4 is not limited to the form of being hung coaxially from the center of the bottom surface 3 of the tool body 2 or the like, but may be of a form hanging from a position slightly eccentric from the center of the bottom surface 3 or the like. Alternatively, the spiral convex strips 5 such as the bottom surface 3 may be omitted, and the bottom surface 3 and the like may be recessed in such a manner that the root of the agitation pin is gently inclined upward with respect to the peripheral portion thereof. Further, the shape of the stirring pin 4 and the like is not limited to the above-mentioned columnar shape, and may be a regular polygonal column or a polygonal column having a square shape or more, or a deformed polygonal column. Or
A plurality of continuous fine grooves parallel or perpendicular to the axis of the stirring pin 4 or the like may be provided on the peripheral surface, or a large number of scattered projections may be provided. Furthermore, the elastic body is
The springs are not limited to the coil springs 11 and 49, and other springs such as a leaf spring and an air spring may be used, or a synthetic rubber or resin molded body having flexibility may be used.
【００３２】また、一対の被接合材の突き合わせ面に
は、断面で垂直線となる形態の他、断面で斜め線や、垂
直線の中間にこれと直交する段部を有する形態、あるい
は凸条と凹溝とが凹凸嵌合する形態も含まれる。更に、
本発明の摩擦攪拌接合ツールの対象となる金属部材の材
質には、前記アルミニウム合金に限らず、銅および銅合
金、各種の鋼材、ステンレス鋼、またはチタン合金など
も含まれる。あるいは、両側面や厚さ方向の中間に以上
のような材質の金属板を有し、これらの金属板同士間
に、発泡樹脂やペーパーまたは金属箔製のハニカムコア
などの心材を挟持したサンドイッチパネル同士や、中空
部を有するアルミニウム合金の押出形材同士を接合する
ことも適用可能である。尚、前記押えボール１０を有す
る摩擦攪拌接合ツール１，１ａ，１ｂや前記押えリング
４０摩擦攪拌接合ツール３０，３１は、単一の鋳物にお
ける表面改質にも適用可能で、係る鋳物の表面付近の微
細な空隙を除去できると共に、改質した鋳物の表面にバ
リをほとんど形成しないため、仕上げ加工も省略可能と
なる。In addition, the abutting surfaces of the pair of materials to be joined are not only a vertical line in cross section, but also an oblique line in cross section, a step portion orthogonal to the diagonal line, or a convex strip. A form in which the concave groove and the concave groove are fitted together is also included. Furthermore,
The material of the metal member to be the object of the friction stir welding tool of the present invention is not limited to the aluminum alloy, but includes copper and copper alloys, various steel materials, stainless steel, titanium alloys, and the like. Alternatively, a sandwich panel having metal plates made of the above materials on both side surfaces or in the middle of the thickness direction and sandwiching a core material such as a foam resin or paper or a honeycomb core made of metal foil between the metal plates. It is also possible to join the two or the extruded profiles of aluminum alloys each having a hollow portion. The friction stir welding tools 1, 1a and 1b having the pressing balls 10 and the friction stir welding tools 30 and 31 having the pressing ring 40 can be applied to the surface modification of a single casting, and the vicinity of the surface of the casting. The fine voids can be removed, and since burrs are hardly formed on the surface of the modified casting, finishing processing can be omitted.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上に説明した本発明の摩擦攪拌接合ツ
ール(請求項１)によれば、ツール本体の外周に放射状ま
たは円環状に配置した被接合材押え手段が、当該ツール
本体と同期したり独自に回転するか、あるいはツール本
体の周囲をリング状に囲むため、被接合材の浮き上がり
を防止できる。このため、突き合わせ面に沿って表面欠
陥のない健全な接合部を容易に形成でき、接合部の両側
に沿って生じるバリを押潰して小さくできる。更に、突
き合わせ面が平面視でカーブしたり、直角やジグザグ状
などに曲折していても、被接合材押え手段が、回転する
ツール本体と共にその周囲でリング状に一対の被接合材
の表面を押さえ付けるため、接合すべき突き合わせ面の
形状に拘わらず安定した摩擦攪拌接合が行える。また、
請求項２の摩擦攪拌接合ツールによれば、複数の押えボ
ールや押えローラは、転動(自転)しつつツール本体と同
期したりまたは独立して同じ方向や逆の方向に高速回転
(公転)するため、係るボールやローラは、接合直前の被
接合材を確実に押さえ付ける。この結果、形成される接
合部の表面欠陥を確実に防ぎ且つバリもなくすか小さく
できると共に、カーブやジグザグ状に曲折する突き合わ
せ面でも、上記ボールやローラは、ツール本体と一体的
に移動するため、健全な摩擦攪拌接合を確実に施すこと
ができる。According to the friction stir welding tool of the present invention described above (claim 1), the material pressing means arranged radially or annularly on the outer periphery of the tool body is synchronized with the tool body. Or, it can rotate independently or surrounds the tool body in a ring shape, which prevents the joined materials from floating. Therefore, a sound joint having no surface defects can be easily formed along the abutting surface, and burrs generated along both sides of the joint can be crushed and reduced. Further, even if the abutting surfaces are curved in a plan view, or are bent at right angles or in a zigzag shape, the material-to-be-bonded pressing means, together with the rotating tool body, surrounds the surfaces of the pair of materials to be bonded in a ring shape. Since the pressing is performed, stable friction stir welding can be performed regardless of the shape of the abutting surfaces to be welded. Also,
According to the friction stir welding tool of claim 2, the plurality of presser balls and presser rollers rotate at the same time as the tool main body while rotating (spinning) or independently, and rotate at high speed in the same direction or opposite directions.
In order to (revolve), such balls and rollers reliably press down the materials to be joined just before joining. As a result, it is possible to reliably prevent the surface defects of the joint to be formed and to reduce the size without burrs or to reduce the size, and because the balls and rollers move integrally with the tool body even on the abutting surface that bends in a curve or zigzag shape. Therefore, sound friction stir welding can be reliably performed.
【００３４】更に、請求項３の摩擦攪拌接合ツールによ
れば、押えリングは、ツール本体と同期して回転する
か、あるいは独自に回転または回転せず別途に支持され
つつール本体の周囲で、接合直前の被接合材を円環状に
して確実に押さえ付ける。この結果、形成される接合部
の表面欠陥を確実に防ぎ且つバリもなくすか小さくする
と共に、カーブやジグザグ状に曲折する突き合わせ面で
も、押えリングツールは本体と共に移動するため、健全
な摩擦攪拌接合を確実に施すことができる。加えて、請
求項４の摩擦攪拌接合ツールによれば、ツール本体に軸
心方向に沿って負荷される押し込み力が押えボールなど
に伝達されるのを抑制でき、被接合材の表面への押え力
を適正化し且つバリの押し潰しを効果的に行なえる。し
かも、接合すべき一対の被接合材の少なくとも一方の表
面が緩く凹凸する場合も、上記押えボールなどは係る表
面に倣って回転し、押えリングも上記表面に倣って揺動
するため、ツール本体の摩擦攪拌作用を支障なく行わせ
ることができる。Further, according to the friction stir welding tool of the third aspect, the pressing ring rotates in synchronization with the tool body, or independently rotates or does not rotate and is separately supported around the tool body. Make the to-be-joined material into an annular shape just before joining and securely press it. As a result, the surface defects of the joint to be formed can be reliably prevented and burrs can be eliminated or minimized, and the pressing ring tool moves together with the main body even on the abutting surface that bends in a curve or zigzag shape, so sound friction stir welding is performed. Can be applied reliably. In addition, according to the friction stir welding tool of claim 4, it is possible to suppress the pushing force applied to the tool main body along the axial direction from being transmitted to the pressing ball or the like, and to press the surface of the material to be welded. The force can be optimized and the burr can be crushed effectively. Moreover, even when at least one surface of the pair of materials to be joined is loosely uneven, the pressing ball and the like rotate following the surface, and the pressing ring also swings following the surface. The friction stir action can be performed without any trouble.
【図１】(Ａ)，(Ｂ)は本発明の摩擦攪拌接合ツールの１
形態を示す外観斜視図。1A and 1B show a friction stir welding tool 1 of the present invention.
The external perspective view which shows a form.
【図２】(Ａ)は図１の接合ツールの垂直断面図、(Ｂ)は
その使用状態を示す概略図。2A is a vertical cross-sectional view of the welding tool shown in FIG. 1, and FIG. 2B is a schematic view showing its usage.
【図３】(Ａ)は図２(Ｂ)の使用状態における垂直断面
図、(Ｂ)は異なる条件における使用状態を示す概略図。FIG. 3A is a vertical cross-sectional view in the use state of FIG. 2B, and FIG. 3B is a schematic view showing the use state under different conditions.
【図４】(Ａ)は図１の接合ツールの応用形態を示す垂直
断面図、(Ｂ)は(Ａ)中のＢ−Ｂ線に沿った視角における
断面図、(Ｃ)は(Ａ)の接合ツールの底面図。4A is a vertical sectional view showing an application mode of the welding tool of FIG. 1, FIG. 4B is a sectional view taken along a line BB in FIG. 4A, and FIG. The bottom view of the welding tool of.
【図５】(Ａ)は図１の接合ツールの更に異なる応用形態
を示す垂直断面図、(Ｂ)は(Ａ)の接合ツールの底面図。5A is a vertical cross-sectional view showing a different application form of the welding tool of FIG. 1, and FIG. 5B is a bottom view of the welding tool of FIG.
【図６】(Ａ)は異なる形態の摩擦攪拌接合ツールを示す
外観斜視図、(Ｂ)は(Ａ)の接合ツールの垂直断面図、
(Ｃ)は更に異なる形態の摩擦攪拌接合ツールを示す垂直
断面図。6A is an external perspective view showing a friction stir welding tool of a different form, FIG. 6B is a vertical sectional view of the welding tool of FIG.
(C) is a vertical sectional view showing a friction stir welding tool having a different form.
【図７】(Ａ)は従来の接合ツールを用いた摩擦攪拌接合
を示す概略図、(Ｂ)は(Ａ)の摩擦攪拌接合の直前の状態
を示す概略図。7A is a schematic view showing friction stir welding using a conventional welding tool, and FIG. 7B is a schematic view showing a state immediately before friction stir welding in FIG. 7A.
１,１ａ,１ｂ,３０,３１…摩擦攪拌接合ツール
２，３２……………………ツール本体
１０…………………………押えボール(被接合材押え手
段)
１１，４９…………………コイルバネ(弾性体)
２０…………………………押えローラ(被接合材押え手
段)
４０…………………………押えリング(被接合材押え手
段)1, 1a, 1b, 30, 31 ... Friction stir welding tool 2, 32 …………………… Tool body 10 …………………… Pressing ball (bonding material pressing means) 11,49 …………………… Coil spring (elastic body) 20 ………………………… Presser roller (bonding material pressing means) 40 ………………………… Pressing ring (bonding material pressing) means)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 堀田 元司 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 (72)発明者 牧田 慎也 静岡県庵原郡蒲原町蒲原１丁目34番１号 日本軽金属株式会社グループ技術センター 内 Ｆターム(参考） 4E067 BG01 CA04 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Motoji Hotta 1-34-1 Kambara, Kambara-cho, Anbara-gun, Shizuoka Prefecture Nippon Light Metal Co., Ltd. Group Technology Center Within (72) Inventor Shinya Makita 1-34-1 Kambara, Kambara-cho, Anbara-gun, Shizuoka Prefecture Nippon Light Metal Co., Ltd. Group Technology Center Within F-term (reference) 4E067 BG01 CA04
Claims (4)
ール本体と、 上記ツール本体の先端寄りの外周に沿って放射状または
円環状に配置した被接合材押え手段と、を含む、ことを
特徴とする摩擦攪拌接合ツール。1. A tool body, which has a columnar shape and rotates about its axis, and a member-holding means arranged radially or annularly along the outer periphery of the tool body near the tip thereof. A friction stir welding tool characterized by.
は、前記ツール本体の外側に沿って転動可能に配置され
且つ当該ツール本体と共にまたは独立して回転する複数
の押えボールまたは複数の押えローラである、 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。2. A plurality of pressing balls or a plurality of pressing members, wherein the radially-arranged members-to-be-bonded member pressing means are arranged so as to be rollable along the outside of the tool body and rotate together with or independently of the tool body. It is a roller, The friction stir welding tool of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
は、前記ツール本体の外周に沿ってほぼ同心円状に配置
される押えリングであり、係る押えリングは上記ツール
本体と共に回転または当該ツール本体と独立して支持さ
れ且つ底部の断面がカーブしている、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。3. The to-be-bonded material pressing means arranged in an annular shape is a pressing ring arranged substantially concentrically along the outer periphery of the tool main body, and the pressing ring rotates with the tool main body or the tool. The friction stir welding tool according to claim 1, wherein the friction stir welding tool is supported independently of the main body and has a curved bottom section.
ラ、または押えリングは、前記ツール本体の外周面に対
し弾性体を介して間接的または直接的に支持される、こ
とを特徴とする請求項２または３に記載の摩擦攪拌接合
ツール。4. The plurality of pressing balls, the plurality of pressing rollers, or the pressing ring are indirectly or directly supported by an outer peripheral surface of the tool body via an elastic body. Item 4. The friction stir welding tool according to Item 2 or 3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001259778A JP2003062679A (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Friction stirring type jointing tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001259778A JP2003062679A (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Friction stirring type jointing tool |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003062679A true JP2003062679A (en) | 2003-03-05 |
Family
ID=19087098
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001259778A Pending JP2003062679A (en) | 2001-08-29 | 2001-08-29 | Friction stirring type jointing tool |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003062679A (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007083267A (en) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Repairing method and repairing device |
| DE102005060178B4 (en) * | 2005-12-14 | 2010-04-15 | Eads Deutschland Gmbh | Friction stir tool with conformable shoulder and its use |
| JP2010214401A (en) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Apparatus and method for friction stir welding |
| WO2012111181A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-23 | 三菱重工業株式会社 | Friction stir welding device |
| JP2014097516A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-29 | Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd | Frictional agitation joining tool and frictional agitation joining method |
| GB2581036A (en) * | 2019-02-01 | 2020-08-05 | Toshiba Kk | Distance measuring device, friction stir welding apparatus, and friction stir welding method |
| CN117532436A (en) * | 2023-12-27 | 2024-02-09 | 重庆强力模具厂 | Welding equipment for automobile power battery pack shell box |
-
2001
- 2001-08-29 JP JP2001259778A patent/JP2003062679A/en active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007083267A (en) * | 2005-09-21 | 2007-04-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Repairing method and repairing device |
| DE102005060178B4 (en) * | 2005-12-14 | 2010-04-15 | Eads Deutschland Gmbh | Friction stir tool with conformable shoulder and its use |
| JP2010214401A (en) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Apparatus and method for friction stir welding |
| WO2012111181A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-23 | 三菱重工業株式会社 | Friction stir welding device |
| JP2012170966A (en) * | 2011-02-18 | 2012-09-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Friction stir welding device |
| CN103068514A (en) * | 2011-02-18 | 2013-04-24 | 三菱重工业株式会社 | Friction stir welding device |
| US9776276B2 (en) | 2011-02-18 | 2017-10-03 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Friction stir welding device |
| JP2014097516A (en) * | 2012-11-13 | 2014-05-29 | Nippon Sharyo Seizo Kaisha Ltd | Frictional agitation joining tool and frictional agitation joining method |
| GB2581036A (en) * | 2019-02-01 | 2020-08-05 | Toshiba Kk | Distance measuring device, friction stir welding apparatus, and friction stir welding method |
| GB2581036B (en) * | 2019-02-01 | 2021-08-25 | Toshiba Kk | Distance measuring device, friction stir welding apparatus, and friction stir welding method |
| CN117532436A (en) * | 2023-12-27 | 2024-02-09 | 重庆强力模具厂 | Welding equipment for automobile power battery pack shell box |
| CN117532436B (en) * | 2023-12-27 | 2024-06-11 | 重庆强力模具厂 | Welding equipment for automobile power battery pack shell box |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3711892B1 (en) | Joining method | |
| JP3409791B2 (en) | Friction stir tool and method of using the same | |
| JP4352814B2 (en) | Friction stir welding method | |
| US20090120995A1 (en) | Friction stir weld tools, methods of manufacturing such tools, and methods of thin sheet bonding using such tools | |
| JP2003062679A (en) | Friction stirring type jointing tool | |
| US11162538B2 (en) | Method and device for manufacturing bearing unit | |
| JP2002263863A (en) | Friction/agitation joining tool | |
| US20090307886A1 (en) | Method and Device for Processing Crankshaft and Burnishing Roller for Crankshaft | |
| JPH06218463A (en) | Device for forming flange of containers | |
| JP2008155310A (en) | Non-core drill, and grinding method using the same | |
| FR2565849A1 (en) | ROLLER MILL | |
| JP2013169563A (en) | Ring rolling method | |
| JP2005273755A (en) | Retainer for thrust cylindrical roller bearing and its manufacturing method | |
| JP6809436B2 (en) | Joining method and manufacturing method of composite rolled material | |
| WO2010035538A1 (en) | Method for producing metal member, indenter, and apparatus for producing metal member | |
| CN1849460B (en) | Self-aligning roller bearing and method of processing the same | |
| CN113083958B (en) | Edge rolling production method | |
| JP3322527B2 (en) | Die structure in disk type granulator | |
| JP4753634B2 (en) | Vanishing roller for crankshaft | |
| JP6033646B2 (en) | Friction stir welding tool and friction stir welding method | |
| JPS6221439A (en) | Rotary forging device | |
| US3795956A (en) | Burnishing tool for an arcuate surface | |
| JP2005095954A (en) | Method of manufacturing rotary shaft | |
| US3490265A (en) | Drawing of hollowware from sheet metal | |
| JP7031802B1 (en) | Caulking device and caulking method for bearing unit, hub unit bearing manufacturing method and manufacturing device, vehicle manufacturing method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070110 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090204 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090210 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20090623 |