JP6787764B2 - Friction stir welding tool - Google Patents

Description

本発明は、摩擦攪拌接合工具に関する。 The present invention relates to a friction stir welding tool.

近年、材料の接合手法として摩擦攪拌接合が用いられている（特許文献１参照）。
摩擦攪拌接合では、回転する接合ツールを被接合物に押し当て、摩擦熱で被接合物を流動化させて接合する。
摩擦攪拌接合において、接合ツールは、摩擦攪拌接合装置の主軸に装着され、被接合物の表面と交差方向の回転軸を中心に回転駆動される。そして、回転状態のまま被接合物の表面の接合部分に沿って移動される。 In recent years, friction stir welding has been used as a material joining method (see Patent Document 1).
In friction stir welding, a rotating joining tool is pressed against the object to be welded, and the object to be welded is fluidized and joined by frictional heat.
In friction stir welding, the joining tool is mounted on the spindle of the friction stir welding device and is rotationally driven around a rotation axis in the direction intersecting the surface of the object to be joined. Then, it is moved along the joint portion on the surface of the object to be joined in the rotating state.

摩擦攪拌接合装置では、接合ツールを高トルクで回転させつつ、軸移動（ツールの移動もしくはワークの移動）により、圧力をかけて摩擦熱を得るため、専用の装置が多用される。一方、主軸の回転、ツールの移動またはワークの移動であれば、汎用の工作機械で代行も可能である。
接合ツールとしては、例えば円柱状のツール本体の下端面に、同軸で下向きに円錐状のピンを形成したものが用いられる。ピンの周囲には段差状のショルダが形成される。
摩擦攪拌接合の動作時には、ピンが被接合物の内部に圧入され、ショルダは被接合物の表面に向かい合う状態に維持される。そして、回転するピンと被接合物との摩擦により摩擦部位が高温となり、被接合物が攪拌されて接合される。 In the friction stir welding device, a dedicated device is often used in order to obtain frictional heat by applying pressure by axial movement (movement of the tool or movement of the work) while rotating the joining tool with high torque. On the other hand, if it is the rotation of the spindle, the movement of the tool, or the movement of the work, a general-purpose machine tool can be used as a substitute.
As the joining tool, for example, a tool in which a conical pin coaxially downward is formed on the lower end surface of a columnar tool body is used. A stepped shoulder is formed around the pin.
During the friction stir welding operation, the pins are press-fitted into the workpiece and the shoulder is maintained facing the surface of the workpiece. Then, the friction portion becomes hot due to the friction between the rotating pin and the object to be joined, and the object to be joined is agitated and joined.

特開２００５−１７７８４４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-177844

前述のように、摩擦攪拌接合では、接合動作に伴って接合部が高温となり、接合ツールを介して工作機械の主軸へと熱が伝導される。
専用の摩擦攪拌接合装置では、接合ツールからの熱に対する処置がなされている。しかし、汎用の工作機械では、通常の切削加工の範囲でしか、主軸ないし主軸ヘッドに熱が伝導されて高温になるという状況を想定していない。
このため、汎用の工作機械に接合ツールを装着し、摩擦攪拌接合を行う場合、主軸に伝導される熱により、主軸あるいは主軸を支持する軸受ほかの機構部分に好ましくない影響が及ぶ可能性がある。例えば、主軸ヘッドのメインベアリングの損傷、リテーナー部の損傷、熱膨張による回転軸線の芯振れ、テーパシャンク部分におけるフレッチング損傷などが懸念される。 As described above, in friction stir welding, the temperature of the joint becomes high as the joint operation occurs, and heat is conducted to the spindle of the machine tool via the joint tool.
In the dedicated friction stir welding device, the heat from the joining tool is treated. However, general-purpose machine tools do not assume a situation in which heat is conducted to the spindle or spindle head and becomes high temperature only within the range of normal cutting.
For this reason, when a joining tool is attached to a general-purpose machine tool and friction stir welding is performed, the heat conducted to the spindle may adversely affect the spindle or bearings and other mechanical parts that support the spindle. .. For example, there are concerns about damage to the main bearing of the spindle head, damage to the retainer portion, runout of the rotating axis due to thermal expansion, and fretting damage at the tapered shank portion.

本発明の目的は、工作機械の主軸への熱伝導を抑制できる摩擦攪拌接合工具を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a friction stir welding tool capable of suppressing heat conduction to a spindle of a machine tool.

本発明の摩擦攪拌接合工具は、工作機械の主軸に装着される摩擦攪拌接合工具であって、前記主軸に接続されるシャンク部と、前記シャンク部に接続されたチャック部と、前記チャック部に接続された摩擦攪拌接合用の接合ツールと、を有し、前記チャック部の周面には冷却ジャケットが形成され、前記冷却ジャケットには冷媒を通す冷媒通路が形成されていることを特徴とする。 The friction stir welding tool of the present invention is a friction stir welding tool mounted on a spindle of a machine tool, and is attached to a shank portion connected to the spindle, a chuck portion connected to the shank portion, and the chuck portion. It has a connecting tool for friction stir welding, and is characterized in that a cooling jacket is formed on the peripheral surface of the chuck portion, and a refrigerant passage for passing a refrigerant is formed in the cooling jacket. ..

本発明では、冷媒通路にエアまたはクーラントなどの冷媒を供給することで、この冷媒が冷却ジャケットを通過し、通過する際にチャック部を冷却することができる。このため、摩擦攪拌接合の動作に伴って、接合ツールが高温になっても、その熱はチャック部で冷却され、シャンク部ないし主軸への熱伝導を抑制することができる。 In the present invention, by supplying a refrigerant such as air or coolant to the refrigerant passage, the refrigerant passes through the cooling jacket, and the chuck portion can be cooled when the refrigerant passes through the cooling jacket. Therefore, even if the temperature of the joining tool becomes high due to the operation of friction stir welding, the heat is cooled by the chuck portion, and heat conduction to the shank portion or the spindle can be suppressed.

本発明の摩擦攪拌接合工具において、前記冷媒通路は、前記シャンク部に形成されたセンタホールに接続され、前記冷媒は前記主軸のセンタスルーエアまたはセンタスルークーラントであることが望ましい。 In the friction stir welding tool of the present invention, it is desirable that the refrigerant passage is connected to a center hole formed in the shank portion, and the refrigerant is center-through air or center-through coolant of the spindle.

本発明では、主軸を通して冷媒を供給することができ、工具全体を主軸とともに回転させることができ、構造を簡素にできる。また、冷媒として、工作機械の主軸に一般的に具備されるセンタスルーエアまたはセンタスルークーラントを利用するため、特別な冷媒供給装置を準備する必要がない。
なお、シャンク部のセンタホールを利用しない場合、回転する工具に外部から冷媒を供給する装備として、スルーツール工具への冷媒供給のような、主軸ヘッドに接続される固定部を設けて冷媒を受け取り、回転するシャンク部およびチャック部に冷媒を引き渡すような構成を別途設けることが望ましい。 In the present invention, the refrigerant can be supplied through the spindle, the entire tool can be rotated together with the spindle, and the structure can be simplified. Further, since the center-through air or the center-through coolant generally provided in the spindle of the machine tool is used as the refrigerant, it is not necessary to prepare a special refrigerant supply device.
When the center hole of the shank is not used, as a device for supplying the refrigerant from the outside to the rotating tool, a fixing portion connected to the spindle head such as a refrigerant supply to the through tool tool is provided to receive the refrigerant. It is desirable to separately provide a configuration for delivering the refrigerant to the rotating shank portion and chuck portion.

本発明の摩擦攪拌接合工具において、前記シャンク部と前記チャック部との間には、断熱部が介装されていることが望ましい。
本発明では、接合ツールからチャック部に熱伝導があっても、断熱部により熱を遮断することができ、さらにシャンク部ないし主軸への熱伝導を抑制できる。
断熱部としては、断熱材料で形成された接続部材、接合部分の接触面積を小さくした断熱構造なども利用できる。 In the friction stir welding tool of the present invention, it is desirable that a heat insulating portion is interposed between the shank portion and the chuck portion.
In the present invention, even if there is heat conduction from the joining tool to the chuck portion, heat can be blocked by the heat insulating portion, and heat conduction to the shank portion or the spindle can be suppressed.
As the heat insulating portion, a connecting member formed of a heat insulating material, a heat insulating structure in which the contact area of the joint portion is reduced, and the like can also be used.

本発明の摩擦攪拌接合工具において、前記接合ツールに接触する前記チャック部の表面、または前記チャック部に接触する前記接合ツールの表面に、接触防止用の凹部が形成されていることが望ましい。
本発明では、接合ツールとチャック部との間で、凹部により接触面積が小さく形成されているので、接合ツールからチャック部への熱伝導を抑制できる。
凹部としては、接合ツールの端面またはチャック部の底面に十文字状の凸部を残すような凹部であることが好ましい。 In the friction stir welding tool of the present invention, it is desirable that a recess for preventing contact is formed on the surface of the chuck portion in contact with the joining tool or the surface of the joining tool in contact with the chuck portion.
In the present invention, since the contact area is formed to be small by the recesses between the joining tool and the chuck portion, heat conduction from the joining tool to the chuck portion can be suppressed.
The concave portion is preferably a concave portion that leaves a cross-shaped convex portion on the end surface of the joining tool or the bottom surface of the chuck portion.

本発明の摩擦攪拌接合工具において、前記シャンク部は、前記主軸と接触するテーパ部の表面に、接触防止用の凹部が形成されていることが望ましい。
本発明では、シャンク部まで熱伝導があったとしても、凹部により接触面積が小さく形成されているので、主軸への熱伝導を抑制できる。
凹部としては、テーパ部の中間太さ部分に形成することが有効であり、大径リング部と小径リング部との２箇所で主軸と接触する構成（大径リング部と小径リング部との間が凹部）、あるいは大径リング部だけで主軸と接触する構成（大径リング部以外が全て凹部）とすることができる。 In the friction stir welding tool of the present invention, it is desirable that the shank portion has a recess for preventing contact formed on the surface of the tapered portion that comes into contact with the main shaft.
In the present invention, even if there is heat conduction to the shank portion, the contact area is formed to be small by the recesses, so that heat conduction to the main shaft can be suppressed.
As the concave portion, it is effective to form it in the intermediate thickness portion of the tapered portion, and the configuration is such that the large diameter ring portion and the small diameter ring portion come into contact with the main shaft at two locations (between the large diameter ring portion and the small diameter ring portion). Is a recess), or a configuration in which only the large-diameter ring portion is in contact with the spindle (all other than the large-diameter ring portion is a recess).

本発明の摩擦攪拌接合工具において、前記チャック部の周面には、前記チャック部の温度に応じて外観が変化する温度マーカが設置されていることが望ましい。
本発明では、温度マーカにより、動作時のチャック部の温度を監視することができ、過熱状態などを目視確認することで、主軸への影響を未然に回避できる。
温度マーカとしては、温度に応じて表面全体の色彩や明暗が変化するものが好ましい。このように表面全体の外観が変化するものであれば、回転状態であっても外部から識別することができる。数字や文字による表示は、回転状態で判読できないため、温度マーカとしては好ましくない。ただし、回転方向に連続する縞模様の数や太さで表示するものなどであれば、回転状態でも識別することができる。 In the friction stir welding tool of the present invention, it is desirable that a temperature marker whose appearance changes according to the temperature of the chuck portion is installed on the peripheral surface of the chuck portion.
In the present invention, the temperature of the chuck portion during operation can be monitored by the temperature marker, and the influence on the spindle can be avoided by visually checking the overheated state or the like.
As the temperature marker, it is preferable that the color and brightness of the entire surface change according to the temperature. If the appearance of the entire surface changes in this way, it can be identified from the outside even in the rotating state. The display by numbers and letters is not preferable as a temperature marker because it cannot be read in a rotating state. However, if it is displayed by the number and thickness of striped patterns that are continuous in the rotation direction, it can be identified even in the rotation state.

本発明によれば、工作機械の主軸への熱伝導を抑制できる摩擦攪拌接合工具を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a friction stir welding tool capable of suppressing heat conduction to a spindle of a machine tool.

本発明の一実施形態を示す断面図。Sectional drawing which shows one Embodiment of this invention. 前記実施形態の冷却ジャケットおよび冷媒通路を示す拡大断面図。An enlarged cross-sectional view showing the cooling jacket and the refrigerant passage of the embodiment. 前記実施形態のシャンク部を示す断面図。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a shank portion of the embodiment. 前記実施形態の温度マーカを示す斜視図。The perspective view which shows the temperature marker of the said embodiment. 回転状態の温度マーカを示す斜視図。The perspective view which shows the temperature marker of a rotating state. 他の実施形態のシャンク部を示す断面図。Sectional drawing which shows the shank part of another embodiment.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２において、本実施形態の摩擦攪拌接合工具１は、工作機械の主軸８に装着されて、被接合物７の摩擦攪拌接合を行うものである。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In FIGS. 1 and 2, the friction stir welding tool 1 of the present embodiment is mounted on a spindle 8 of a machine tool to perform friction stir welding of an object to be joined 7.

本実施形態の工作機械としては、主軸８の回転およびワーク（本実施形態では被接合物７だが工作機械として用いる際には被切削物）に対する主軸８の相対移動が可能な各種の形式が利用でき、主軸８および摩擦攪拌接合工具１を、被接合物７に対して任意の位置へと移動可能である。
工作機械において、主軸８は工作機械の主軸ヘッドに回転自在に支持され、主軸ヘッドに設置されたモータにより回転駆動される。 As the machine tool of the present embodiment, various types capable of rotating the spindle 8 and moving the spindle 8 relative to the work (the object to be welded 7 in the present embodiment but the object to be machined when used as a machine tool) are used. The spindle 8 and the friction stir welding tool 1 can be moved to any position with respect to the object to be joined 7.
In a machine tool, the spindle 8 is rotatably supported by the spindle head of the machine tool and is rotationally driven by a motor installed in the spindle head.

摩擦攪拌接合工具１は、主軸８に接続されるシャンク部２０と、シャンク部２０に接続されたチャック部３０と、チャック部３０に接続された摩擦攪拌接合用の接合ツール１０と、を有する。
シャンク部２０とチャック部３０との間には、断熱部４０が介装されている。チャック部３０の周面には、冷却ジャケット５０が形成されている。冷却ジャケット５０には、冷媒を供給する冷媒通路６０が形成されている。
さらに、チャック部３０の周面には、チャック部３０の温度に応じて外観が変化する温度マーカ７０が設置されている。 The friction stir welding tool 1 has a shank portion 20 connected to the spindle 8, a chuck portion 30 connected to the shank portion 20, and a friction stir welding joining tool 10 connected to the chuck portion 30.
A heat insulating portion 40 is interposed between the shank portion 20 and the chuck portion 30. A cooling jacket 50 is formed on the peripheral surface of the chuck portion 30. The cooling jacket 50 is formed with a refrigerant passage 60 for supplying a refrigerant.
Further, a temperature marker 70 whose appearance changes according to the temperature of the chuck portion 30 is installed on the peripheral surface of the chuck portion 30.

接合ツール１０は、摩擦攪拌接合用の工具であり、ツール本体１１の先端にショルダ１２およびピン１３を有する。
接合ツール１０は、回転状態で被接合物７に圧入されることで、先端のピン１３が被接合物７の材料を加熱溶融させつつ被接合物７内に圧入され、被接合物７の継ぎ目を溶融接合することができる。 The joining tool 10 is a tool for friction stir welding, and has a shoulder 12 and a pin 13 at the tip of the tool body 11.
When the joining tool 10 is press-fitted into the object to be joined 7 in a rotating state, the pin 13 at the tip is press-fitted into the object to be joined 7 while heating and melting the material of the object to be joined 7, and the seam of the object to be joined 7 is joined. Can be melt-bonded.

シャンク部２０は、ＪＩＳＢ６３３９−２：２０１１に定められた自動工具交換用７／２４テーパシャンク（ＢＴタイプ）とされ、同規格に対応するＪＩＳＢ６３４０−２：２０１１に基づく主軸８に着脱可能である。
シャンク部２０は、主軸８の円錐面状のチャック孔８１に対応したテーパコーン２１（テーパ部）を有する。 The shank portion 20 is a 7/24 taper shank (BT type) for automatic tool replacement defined in JISB6339-2: 2011, and can be attached to and detached from the spindle 8 based on JISB6340-2: 2011 corresponding to the same standard.
The shank portion 20 has a tapered cone 21 (tapered portion) corresponding to the conical chuck hole 81 of the main shaft 8.

テーパコーン２１には、周面の回転軸線方向の中間部に凹部２２が形成され、凹部２２の小径側に小径リング部２３が形成され、凹部２２の大径側に大径リング部２４が形成されている。
小径リング部２３および大径リング部２４は、テーパコーン２１の元の表面に対して、凹部２２を形成することで、表面が残された部分として形成され、凹部２２に対して凸状となっている。 In the tapered cone 21, a recess 22 is formed in the middle portion of the peripheral surface in the direction of the rotation axis, a small diameter ring portion 23 is formed on the small diameter side of the recess 22, and a large diameter ring portion 24 is formed on the large diameter side of the recess 22. ing.
The small-diameter ring portion 23 and the large-diameter ring portion 24 are formed as a portion where the surface is left by forming a recess 22 with respect to the original surface of the tapered cone 21, and become convex with respect to the recess 22. There is.

シャンク部２０を主軸８に装着した際、凹部２２はチャック孔の内周面に接触せず、小径リング部２３および大径リング部２４だけがチャック孔に密着する。これにより、シャンク部２０と主軸８とが互いに密着する面積は、凹部２２がなくテーパコーン２１の全体が、チャック孔に密着した場合の数分の一程度に小さくなり、当該部分での熱伝導が抑制されている。
チャック孔に密着する小径リング部２３および大径リング部２４は、接合ツール１０で摩擦攪拌接合を行う際に、必要なトルクを十分に伝達できる面積、外径および軸方向の幅とされている。 When the shank portion 20 is mounted on the spindle 8, the recess 22 does not come into contact with the inner peripheral surface of the chuck hole, and only the small diameter ring portion 23 and the large diameter ring portion 24 come into close contact with the chuck hole. As a result, the area where the shank portion 20 and the spindle 8 are in close contact with each other is reduced to about a fraction of the case where the entire tapered cone 21 is in close contact with the chuck hole without the recess 22, and heat conduction in the portion is reduced. It is suppressed.
The small-diameter ring portion 23 and the large-diameter ring portion 24 that are in close contact with the chuck holes have an area, an outer diameter, and an axial width that can sufficiently transmit the necessary torque when performing friction stir welding with the joining tool 10. ..

チャック部３０は、ツール本体１１が挿入可能な保持孔３１を有する筒状の部材であり、側面には２方向から固定ねじ３２がねじ込まれている。
ツール本体１１が挿入された状態で、固定ねじ３２を締め付けることで、ツール本体１１が保持孔３１の内部で固定され、これにより接合ツール１０は、チャック部３０ないしシャンク部２０と同一の回転軸線上に保持される。 The chuck portion 30 is a tubular member having a holding hole 31 into which the tool body 11 can be inserted, and fixing screws 32 are screwed into the side surfaces from two directions.
By tightening the fixing screw 32 with the tool body 11 inserted, the tool body 11 is fixed inside the holding hole 31, whereby the joining tool 10 has the same rotation shaft as the chuck portion 30 or the shank portion 20. It is held on the line.

断熱部４０は、シャンク部２０とチャック部３０との間に介装された円筒状の部材であり、各々に対して固定されている。
断熱部４０は、セラミックスなどの低熱伝導材料で形成され、接合ツール１０からの熱でチャック部３０が高温になっても、シャンク部２０への熱伝導を大幅に低減ないし遮断することができる。
断熱部４０とシャンク部２０とを接続するボルト４２と、断熱部４０とチャック部３０とを接続するボルト４３とは、それぞれ独立しており、シャンク部２０とチャック部３０との熱伝導経路中に、必ず低熱伝導材料が介在するように構成されている。
断熱部４０にはセンタホール４１が形成され、センタホール４１はシャンク部２０のセンタホール２５に連通されている。 The heat insulating portion 40 is a cylindrical member interposed between the shank portion 20 and the chuck portion 30, and is fixed to each of them.
The heat insulating portion 40 is formed of a low heat conductive material such as ceramics, and even if the chuck portion 30 becomes hot due to the heat from the joining tool 10, the heat conduction to the shank portion 20 can be significantly reduced or blocked.
The bolt 42 that connects the heat insulating portion 40 and the shank portion 20 and the bolt 43 that connects the heat insulating portion 40 and the chuck portion 30 are independent of each other, and are in the heat conduction path between the shank portion 20 and the chuck portion 30. It is configured so that a low thermal conductive material always intervenes.
A center hole 41 is formed in the heat insulating portion 40, and the center hole 41 is communicated with the center hole 25 of the shank portion 20.

接合ツール１０は、チャック部３０に対して、固定ねじ３２とツール本体１１の周面との間、および、固定ねじ３２とは反対側のツール本体１１の周面と保持孔３１の内周面との間で接触する。
固定ねじ３２および保持孔３１の内周面との間の接触は、ツール本体１１の周面の全体面積に比べて十分小さく、接合ツール１０からの熱伝導を抑制することができる。
チャック部３０の保持孔３１は底面が開放され、接合ツール１０の底面は断熱部４０と接触することで受けられる。 The joining tool 10 has a chuck portion 30 between the fixing screw 32 and the peripheral surface of the tool body 11, and the peripheral surface of the tool body 11 on the opposite side of the fixing screw 32 and the inner peripheral surface of the holding hole 31. Contact with.
The contact between the fixing screw 32 and the inner peripheral surface of the holding hole 31 is sufficiently smaller than the total area of the peripheral surface of the tool body 11, and heat conduction from the joining tool 10 can be suppressed.
The bottom surface of the holding hole 31 of the chuck portion 30 is opened, and the bottom surface of the joining tool 10 is received by contacting with the heat insulating portion 40.

接合ツール１０において、ツール本体１１の端面には、接触防止用の凹部として「＋」字状の切欠き１４が形成され、４つの扇状の凸部１５が形成されている。このような凸部１５だけで保持孔３１の底面にあたる断熱部４０と接触させることで、ツール本体１１の端面と断熱部４０との接触部分においても、熱伝導の抑制が図られている。
ツール本体１１の切欠き１４は、中心部が断熱部４０のセンタホール４１に連通され、このセンタホール４１を介してシャンク部２０のセンタホール２５に連通されている。切欠き１４は、ツール本体１１の外周面まで達しており、切欠き１４はツール本体１１の外周面と保持孔３１の内周面との間の隙間に連通されている。 In the joining tool 10, a “+” -shaped notch 14 is formed as a recess for preventing contact on the end surface of the tool body 11, and four fan-shaped convex portions 15 are formed. By bringing the convex portion 15 into contact with the heat insulating portion 40 which is the bottom surface of the holding hole 31, heat conduction is suppressed even in the contact portion between the end surface of the tool body 11 and the heat insulating portion 40.
The central portion of the notch 14 of the tool body 11 is communicated with the center hole 41 of the heat insulating portion 40, and is communicated with the center hole 25 of the shank portion 20 via the center hole 41. The notch 14 reaches the outer peripheral surface of the tool body 11, and the notch 14 communicates with the gap between the outer peripheral surface of the tool body 11 and the inner peripheral surface of the holding hole 31.

冷却ジャケット５０は、チャック部３０の外周面を覆うケース部材５１と、ケース部材５１の内部に収容されたガイド部材５２とを有する。
ケース部材５１は、接合ツール１０側の端部がチャック部３０の周面の中間位置に配置され、反対側の端部が断熱部４０に接続されている。
ケース部材５１の外周面には、多数の放熱フィン５３が形成されている。 The cooling jacket 50 has a case member 51 that covers the outer peripheral surface of the chuck portion 30, and a guide member 52 housed inside the case member 51.
The end of the case member 51 on the joining tool 10 side is arranged at an intermediate position on the peripheral surface of the chuck portion 30, and the end on the opposite side is connected to the heat insulating portion 40.
A large number of heat radiation fins 53 are formed on the outer peripheral surface of the case member 51.

ガイド部材５２は、ケース部材５１の内部に設置され、内部に形成される空間を導入部６１と排出部６２とに仕切っている。ガイド部材５２の外周面には、螺旋状の凹溝が形成されており、ケース部材５１の内周面との間に螺旋状通路６３を形成している。螺旋状通路６３は、一端が導入部６１に連通され、他端が排出部６２に連通されている。 The guide member 52 is installed inside the case member 51, and the space formed inside is divided into an introduction portion 61 and a discharge portion 62. A spiral concave groove is formed on the outer peripheral surface of the guide member 52, and a spiral passage 63 is formed between the guide member 52 and the inner peripheral surface of the case member 51. One end of the spiral passage 63 is communicated with the introduction portion 61, and the other end is communicated with the discharge portion 62.

冷媒通路６０は、冷却ジャケット５０に形成される導入部６１、排出部６２および螺旋状通路６３を含んで構成される。
導入部６１は、チャック部３０の表裏を貫通する貫通孔６４を介して保持孔３１に連通され、保持孔３１は接合ツール１０の切欠き１４、および断熱部４０のセンタホール４１を通して、シャンク部２０のセンタホール２５に連通されている。
排出部６２は、排出孔６５を介して外部に開放されている。 The refrigerant passage 60 includes an introduction portion 61, a discharge portion 62, and a spiral passage 63 formed in the cooling jacket 50.
The introduction portion 61 is communicated with the holding hole 31 through a through hole 64 penetrating the front and back of the chuck portion 30, and the holding hole 31 passes through the notch 14 of the joining tool 10 and the center hole 41 of the heat insulating portion 40 to form a shank portion. It is communicated with the center hall 25 of 20.
The discharge unit 62 is open to the outside through the discharge hole 65.

シャンク部２０のセンタホール２５は、主軸８に装着された際に、主軸８のセンタホール８２に連通される。
この状態で、主軸８から冷媒として、センタスルーエアあるいはセンタスルークーラントを供給すると、これらは各センタホール８２，２５，４１を通り、冷媒通路６０へと導入される。 The center hole 25 of the shank portion 20 communicates with the center hole 82 of the spindle 8 when it is mounted on the spindle 8.
In this state, when center-through air or center-through coolant is supplied as the refrigerant from the spindle 8, these are introduced into the refrigerant passage 60 through the center holes 82, 25, 41.

図２において、シャンク部２０のセンタホール２５から導入された冷媒Ｃは、径方向の切欠き１４を通してツール本体１１の外周に導かれ、チャック部３０の内周面（保持孔３１より一段外側に拡がった部分）との間の隙間を通って貫通孔６４に導入される。貫通孔６４に導入された冷媒Ｃは、ガイド部材５２とチャック部３０との間の隙間を通り、導入部６１へと導入される。
導入部６１へ導入された冷媒Ｃは、螺旋状通路６３を所定の時間をかかって通過し、その間にチャック部３０を冷却し、排出部６２に達し、排出孔６５から排出される。 In FIG. 2 , the refrigerant C introduced from the center hole 25 of the shank portion 20 is guided to the outer periphery of the tool body 11 through the radial notch 14, and is guided to the outer peripheral surface of the chuck portion 30 (one step outside the holding hole 31). It is introduced into the through hole 64 through the gap between the expanded portion). The refrigerant C introduced into the through hole 64 passes through the gap between the guide member 52 and the chuck portion 30 and is introduced into the introduction portion 61.
The refrigerant C introduced into the introduction section 61 passes through the spiral passage 63 over a predetermined time, cools the chuck section 30 during that time, reaches the discharge section 62, and is discharged from the discharge hole 65.

温度マーカ７０は、チャック部３０の接合ツール１０に近い外周面に設置されている。
図４に示すように、温度マーカ７０は、板状に形成された表示パネルであり、ねじ止めなどでチャック部３０に固定されている。
温度マーカ７０は、温度で色彩や明度が変化する感温材料を、パネルの表面に塗布または印刷したものであり、接合ツール１０からの熱でチャック部３０の温度が上昇した際に、色彩や明度が変化することで、温度上昇を外部から視認することができる。 The temperature marker 70 is installed on the outer peripheral surface of the chuck portion 30 near the joining tool 10.
As shown in FIG. 4 , the temperature marker 70 is a plate-shaped display panel, and is fixed to the chuck portion 30 by screwing or the like.
The temperature marker 70 is obtained by applying or printing a temperature-sensitive material whose color and brightness change with temperature on the surface of the panel, and when the temperature of the chuck portion 30 rises due to the heat from the joining tool 10, the color and brightness are changed. By changing the brightness, the temperature rise can be visually recognized from the outside.

温度マーカ７０は、パネル全面の色彩や明度が変化するものであるため、チャック部３０が回転状態であっても、外部から視認することができる。
図５に示すように、チャック部３０が回転している場合、温度マーカ７０は高速で移動するため、周方向に連続した帯状の移動軌跡７１として目視される。
この際、例えば温度マーカ７０の表示が文字等であれば、これを読み取ることは難しい。しかし、温度マーカ７０は色彩や明度が変化するものであるため、移動軌跡７１の色彩や明度の変化として、容易に視認することができる。 Since the temperature marker 70 changes the color and brightness of the entire panel, it can be visually recognized from the outside even when the chuck portion 30 is in a rotating state.
As shown in FIG. 5 , when the chuck portion 30 is rotating, the temperature marker 70 moves at a high speed, so that it is visually recognized as a strip-shaped movement locus 71 continuous in the circumferential direction.
At this time, for example, if the display of the temperature marker 70 is a character or the like, it is difficult to read it. However, since the temperature marker 70 changes in color and lightness, it can be easily visually recognized as a change in color and lightness of the movement locus 71.

本実施形態においては、シャンク部２０を主軸８に接続することで、摩擦攪拌接合工具１を工作機械に装着する。そして、工作機械で主軸８および摩擦攪拌接合工具１を移動させ、接合ツール１０を被接合物７に対向させる。この状態で、主軸８を回転させることで、シャンク部２０、チャック部３０および接合ツール１０が一体に回転駆動される。そして、接合ツール１０を被接合物７に圧入することで、摩擦攪拌接合を行うことができる。 In the present embodiment, the friction stir welding tool 1 is attached to the machine tool by connecting the shank portion 20 to the spindle 8. Then, the spindle 8 and the friction stir welding tool 1 are moved by the machine tool so that the joining tool 10 faces the object to be joined 7. By rotating the spindle 8 in this state, the shank portion 20, the chuck portion 30, and the joining tool 10 are integrally rotationally driven. Then, by press-fitting the joining tool 10 into the object to be joined 7, friction stir welding can be performed.

ここで、接合ツール１０においては、被接合物７との摩擦により高温となり、接合ツール１０からの熱がチャック部３０へと熱が伝導される。
しかし、接合ツール１０とチャック部３０との間では、切欠き１４（接触防止用の凹部）および凸部１５により、相互の接触面積が小さく制限されており、接合ツール１０からの熱伝導を抑制することができる。
また、チャック部３０には冷却ジャケット５０および冷媒通路６０が設置され、接合ツール１０からの熱伝導があっても、これを冷却することができる。 Here, in the joining tool 10, the temperature becomes high due to friction with the object to be joined 7, and the heat from the joining tool 10 is conducted to the chuck portion 30.
However, the contact area between the joining tool 10 and the chuck portion 30 is limited to a small size by the notch 14 (recessed portion for preventing contact) and the convex portion 15, and heat conduction from the joining tool 10 is suppressed. can do.
Further, a cooling jacket 50 and a refrigerant passage 60 are installed in the chuck portion 30, and even if there is heat conduction from the joining tool 10, it can be cooled.

さらに、チャック部３０とシャンク部２０との間には、断熱部４０が介装されており、接合ツール１０からの熱伝導があっても、これを制限または遮断することができる。
そして、シャンク部２０と主軸８との間でも、凹部２２により、相互の接触面積が小さく制限されており、接合ツール１０からの熱伝導伝導を抑制することができる。
以上により、摩擦攪拌接合に伴って接合ツール１０に高熱が生じても、この熱がチャック部３０、シャンク部２０を経て主軸８に伝導されることを抑制することができる。 Further, a heat insulating portion 40 is interposed between the chuck portion 30 and the shank portion 20, and even if there is heat conduction from the joining tool 10, this can be restricted or blocked.
Further, even between the shank portion 20 and the main shaft 8, the mutual contact area is limited to be small by the recess 22, and the heat conduction conduction from the joining tool 10 can be suppressed.
As described above, even if high heat is generated in the joining tool 10 due to friction stir welding, it is possible to prevent the heat from being conducted to the spindle 8 via the chuck portion 30 and the shank portion 20.

なお、冷媒通路６０による冷却にあたっては、加工段階に応じて、センタスルーエアあるいはセンタスルークーラントを使い分けてもよい。
例えば、摩擦攪拌接合の加工動作中は、冷媒通路６０にセンタスルーエアを通し、このエアでチャック部３０を冷却する。通過したエアは、大気に放散される。
加工が完了したら、エアに替えて、冷媒通路６０にセンタスルークーラントを通し、このクーラントでチャック部３０を冷却する。通過したクーラントは、冷却ジャケット５０から流下し、工作機械に設置されているクーラント回収経路で受けられて、クーラントタンクに回収される。
このような使い分けを行うことで、加工中はエアにより被接合物７にクーラントが付着することが回避できる。また、加工後は、クーラントにより短時間で冷却を行うことができる。なお、クーラント回収経路ないしクーラントタンクに、クーラント冷却装置が設置されていれば、加工後の冷却をさらに短時間で完了できる。 In cooling by the refrigerant passage 60, center-through air or center-through coolant may be used properly depending on the processing stage.
For example, during the processing operation of friction stir welding, center through air is passed through the refrigerant passage 60, and the chuck portion 30 is cooled by this air. The air that has passed through is dissipated into the atmosphere.
When the processing is completed, the center through coolant is passed through the refrigerant passage 60 instead of air, and the chuck portion 30 is cooled by this coolant. The passed coolant flows down from the cooling jacket 50, is received by the coolant recovery path installed in the machine tool, and is recovered in the coolant tank.
By properly using the coolant in this way, it is possible to prevent the coolant from adhering to the object to be joined 7 due to air during processing. Further, after processing, cooling can be performed in a short time with a coolant. If a coolant cooling device is installed in the coolant recovery path or the coolant tank, cooling after processing can be completed in a shorter time.

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形などは本発明に含まれる。
接合ツール１０としては、既存の部品をそのまま利用することができる。既存の部品であっても、その端部に切欠き１４を設けて凸部１５を形成することができる。
シャンク部２０における凹部２２の範囲などは、実施にあたって適宜設計すればよい。前述した通り、チャック孔に密着する小径リング部２３および大径リング部２４において、接合ツール１０で摩擦攪拌接合を行う際に必要なトルクを十分に伝達できる面積、外径および軸方向の幅が確保できればよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications within the range in which the object of the present invention can be achieved are included in the present invention.
As the joining tool 10, existing parts can be used as they are. Even if it is an existing part, a notch 14 can be provided at the end thereof to form a convex portion 15.
The range of the recess 22 in the shank portion 20 may be appropriately designed for implementation. As described above, in the small diameter ring portion 23 and the large diameter ring portion 24 that are in close contact with the chuck hole, the area, outer diameter, and axial width that can sufficiently transmit the torque required for friction stir welding with the joining tool 10 are large. It suffices if it can be secured.

シャンク部２０において、小径リング部２３および大径リング部２４の両方を形成することは必須ではない。
図６において、シャンク部２０Ａのテーパコーン２１には、小径の端部まで凹部２２が形成されており、大径側の大径リング部２４だけが設けられている。
シャンク部２０Ａにおいては、大径リング部２４だけで主軸８と接触するが、大径リング部２４の回転中心の軸線方向の長さが所定長さであれば、軸線方向も正しく規制できる。
さらに、凹部２２によるシャンク部２０の接触面積低減は、本発明に必須ではなく、適宜省略してもよい。 It is not essential that both the small diameter ring portion 23 and the large diameter ring portion 24 are formed in the shank portion 20.
In FIG. 6 , the tapered cone 21 of the shank portion 20A is formed with a recess 22 up to the end of the small diameter, and only the large diameter ring portion 24 on the large diameter side is provided.
In the shank portion 20A, only the large-diameter ring portion 24 contacts the spindle 8, but if the axial length of the rotation center of the large-diameter ring portion 24 is a predetermined length, the axial direction can also be regulated correctly.
Further, reducing the contact area of the shank portion 20 by the recess 22 is not essential to the present invention and may be omitted as appropriate.

断熱部４０は、低摩擦材料を用いた中実部材に限らず、中空化あるいは他の断熱手段を組み合わせて用いてもよい。
さらに、断熱部４０は、本発明に必須ではなく、省略してもよい。
冷却ジャケット５０および冷媒通路６０の構成は、前述した実施形態の構成に限定されない。例えば、空冷のための放熱フィン５３は適宜省略してもよい。 The heat insulating portion 40 is not limited to a solid member using a low friction material, and may be hollowed out or used in combination with other heat insulating means.
Further, the heat insulating portion 40 is not essential to the present invention and may be omitted.
The configuration of the cooling jacket 50 and the refrigerant passage 60 is not limited to the configuration of the above-described embodiment. For example, the heat radiation fin 53 for air cooling may be omitted as appropriate.

冷媒通路６０として螺旋状通路６３を用いることは、必須ではない。ただし、螺旋状に循環させることで、冷媒の通過時間を長くでき、冷媒の冷却効果を高めることができる。
ガイド部材５２は必須ではなく、冷却ジャケット５０内を単なる空洞としてもよい。
冷媒通路６０に通される冷媒は、主軸８から供給されるセンタスルーエア、あるいはセンタスルークーラントでなくてもよく、各部のセンタホール８２，２５，４１から導入する構成も必須ではない。 It is not essential to use the spiral passage 63 as the refrigerant passage 60. However, by circulating the refrigerant in a spiral shape, the passage time of the refrigerant can be lengthened and the cooling effect of the refrigerant can be enhanced.
The guide member 52 is not essential, and the inside of the cooling jacket 50 may be simply a cavity.
The refrigerant passed through the refrigerant passage 60 does not have to be the center through air supplied from the spindle 8 or the center through coolant, and the configuration introduced from the center holes 82, 25, 41 of each part is not essential.

本発明は、摩擦攪拌接合工具に関し、汎用の工作機械を用いた摩擦攪拌接合に利用できる。 The present invention relates to a friction stir welding tool and can be used for friction stir welding using a general-purpose machine tool.

１…摩擦攪拌接合工具、１０…接合ツール、１１…ツール本体、１２…ショルダ、１３…ピン、１４…切欠き、１５…凸部、２０，２０Ａ…シャンク部、２１…テーパコーン、２２…凹部、２３…小径リング部、２４…大径リング部、２５…センタホール、３０…チャック部、３１…保持孔、３２…固定ねじ、４０…断熱部、４１…センタホール、４２，４３…ボルト、５０…冷却ジャケット、５１…ケース部材、５２…ガイド部材、５３…放熱フィン、６０…冷媒通路、６１…導入部、６２…排出部、６３…螺旋状通路、６４…貫通孔、６５…排出孔、７…被接合物、７０…温度マーカ、７１…移動軌跡、８…主軸、８１…チャック孔、８２…センタホール。 1 ... Friction stir welding tool, 10 ... Joining tool, 11 ... Tool body, 12 ... Colder, 13 ... Pin, 14 ... Notch, 15 ... Convex part, 20, 20A ... Shank part, 21 ... Tapered cone, 22 ... Concave part, 23 ... Small diameter ring part, 24 ... Large diameter ring part, 25 ... Center hole, 30 ... Chuck part, 31 ... Holding hole, 32 ... Fixing screw, 40 ... Insulation part, 41 ... Center hole, 42, 43 ... Bolt, 50 ... Cooling jacket, 51 ... Case member, 52 ... Guide member, 53 ... Radiation fin, 60 ... Refrigerant passage, 61 ... Introduction part, 62 ... Discharge part, 63 ... Spiral passage, 64 ... Through hole, 65 ... Discharge hole, 7 ... Joint, 70 ... Temperature marker, 71 ... Movement locus, 8 ... Spindle, 81 ... Chuck hole, 82 ... Center hole.

Claims (5)

工作機械の主軸に装着される摩擦攪拌接合工具であって、
前記主軸に接続されるシャンク部と、前記シャンク部に接続されたチャック部と、前記チャック部に接続された摩擦攪拌接合用の接合ツールと、を有し、
前記チャック部の周面には冷却ジャケットが形成され、前記冷却ジャケットには冷媒を通す冷媒通路が形成されており、
前記シャンク部と前記チャック部との間には、断熱部が介装されていることを特徴とする摩擦攪拌接合工具。 A friction stir welding tool mounted on the spindle of a machine tool.
It has a shank portion connected to the spindle, a chuck portion connected to the shank portion, and a joining tool for friction stir welding connected to the chuck portion.
A cooling jacket is formed on the peripheral surface of the chuck portion, and a refrigerant passage through which the refrigerant passes is formed in the cooling jacket.
Between the shank portion and the chuck portion is friction stir welding tool you, characterized in that the heat insulating portion is interposed. 工作機械の主軸に装着される摩擦攪拌接合工具であって、
前記主軸に接続されるシャンク部と、前記シャンク部に接続されたチャック部と、前記チャック部に接続された摩擦攪拌接合用の接合ツールと、を有し、
前記チャック部の周面には冷却ジャケットが形成され、前記冷却ジャケットには冷媒を通す冷媒通路が形成されており、
前記接合ツールに接触する前記チャック部の表面、または前記チャック部に接触する前記接合ツールの表面に、接触防止用の凹部が形成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合工具。 A friction stir welding tool mounted on the spindle of a machine tool.
It has a shank portion connected to the spindle, a chuck portion connected to the shank portion, and a joining tool for friction stir welding connected to the chuck portion.
A cooling jacket is formed on the peripheral surface of the chuck portion, and a refrigerant passage through which the refrigerant passes is formed in the cooling jacket.
The surface of the chuck portion or surface of the welding tool in contact with the chuck portion, the friction stir welding tool you, characterized in that the recess for preventing contact is formed, in contact with the welding tool. 工作機械の主軸に装着される摩擦攪拌接合工具であって、
前記主軸に接続されるシャンク部と、前記シャンク部に接続されたチャック部と、前記チャック部に接続された摩擦攪拌接合用の接合ツールと、を有し、
前記チャック部の周面には冷却ジャケットが形成され、前記冷却ジャケットには冷媒を通す冷媒通路が形成されており、
前記シャンク部は、前記主軸と接触するテーパ部の表面に、接触防止用の凹部が形成されていることを特徴とする摩擦攪拌接合工具。 A friction stir welding tool mounted on the spindle of a machine tool.
It has a shank portion connected to the spindle, a chuck portion connected to the shank portion, and a joining tool for friction stir welding connected to the chuck portion.
A cooling jacket is formed on the peripheral surface of the chuck portion, and a refrigerant passage through which the refrigerant passes is formed in the cooling jacket.
Said shank portion, the surface of the tapered portion in contact with the spindle, friction stir welding tool you, characterized in that the recess for preventing contact is formed. 工作機械の主軸に装着される摩擦攪拌接合工具であって、
前記主軸に接続されるシャンク部と、前記シャンク部に接続されたチャック部と、前記チャック部に接続された摩擦攪拌接合用の接合ツールと、を有し、
前記チャック部の周面には冷却ジャケットが形成され、前記冷却ジャケットには冷媒を通す冷媒通路が形成されており、
前記チャック部の周面には、前記チャック部の温度に応じて外観が変化する温度マーカが設置されていることを特徴とする摩擦攪拌接合工具。 A friction stir welding tool mounted on the spindle of a machine tool.
It has a shank portion connected to the spindle, a chuck portion connected to the shank portion, and a joining tool for friction stir welding connected to the chuck portion.
A cooling jacket is formed on the peripheral surface of the chuck portion, and a refrigerant passage through which the refrigerant passes is formed in the cooling jacket.
Wherein the circumferential surface of the chuck portion, the friction stir welding tool you, characterized in that the temperature marker appearance changes according to the temperature of the chuck portion is provided. 前記冷媒通路は、前記シャンク部に形成されたセンタホールに接続され、前記冷媒は前記主軸のセンタスルーエアまたはセンタスルークーラントであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の摩擦攪拌接合工具。 Any one of claims 1 to 4, wherein the refrigerant passage is connected to a center hole formed in the shank portion, and the refrigerant is center-through air or center-through coolant of the spindle. Friction stir welding tool described in.

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