JP5864446B2 - Rotary tool unit, friction stir welding method and double skin panel friction stir welding method - Google Patents
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Description
本発明は、ボビンツールを備えた回転ツールユニット、前記回転ツールユニットを用いる摩擦攪拌接合方法及び前記回転ツールユニットを用いるダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法に関する。 The present invention, rotary tool unit with a bobbin tool relates to a friction stir welding method of double-skin panels using a friction stir welding direction Ho及 beauty the rotary tool unit using the rotary tool unit.
従来、金属板の端面同士を摩擦攪拌接合するツールとしてボビンツールが知られている(特許文献1参照)。ボビンツールは、一対のショルダとこのショルダの間に形成されたスクリューピンとを備えている。一対の金属板を接合する際には、金属板を移動不能に拘束した上で、金属板の一端側から高速回転させたボビンツールを挿入し、突き合せ部に沿ってスクリューピンを移動させる。これにより、端面同士の周囲の金属が摩擦攪拌されて金属板同士が接合される。ボビンツールによれば、金属板の裏側にもショルダを備えているため、通常、金属板の裏側に配置する裏当部材を省略することができる。特に、中空形材の端部同士を接合する際には、裏当部材を設置する作業が煩雑になるため、作業手間を大幅に省略することができる。 Conventionally, a bobbin tool is known as a tool for friction stir welding of end surfaces of metal plates (see Patent Document 1). The bobbin tool includes a pair of shoulders and a screw pin formed between the shoulders. When joining a pair of metal plates, the metal plate is restrained so as not to move, and then a bobbin tool rotated at a high speed from one end side of the metal plate is inserted, and the screw pin is moved along the abutting portion. As a result, the metal around the end faces is frictionally stirred to join the metal plates together. According to the bobbin tool, since the shoulder is also provided on the back side of the metal plate, the backing member disposed on the back side of the metal plate can be usually omitted. In particular, when joining the end portions of the hollow shape members, the work of installing the backing member becomes complicated, so that labor can be greatly reduced.
一方、従来、二枚の金属板を重ねて構成されたダブルスキンパネルが知られている。ダブルスキンパネルは、鉄道車両、航空機、船舶、土木建築構造物等の構造体として用いられている。ダブルスキンパネルは、例えば、特許文献2に記載されているように、外板と、内板と、外板と内板との間に介設される支持板と、を備えている。また、ダブルスキンパネル同士を接合する際には、隣り合うダブルスキンパネルの外板同士の端部及び内板同士の端部を突き合わせてダブルスキンパネルの組立体を形成した後、回転ツールを用いて突き合わせた部分を摩擦攪拌接合することが知られている。
On the other hand, there is conventionally known a double skin panel configured by overlapping two metal plates. Double skin panels are used as structures such as railway vehicles, aircraft, ships, and civil engineering structures. For example, as described in
しかし、ボビンツールを用いた摩擦攪拌接合においては、スクリューピンの軸方向の中心と、金属板の高さ方向の中心とを合わせつつ接合することが好ましいが、金属板が摩擦熱によって変形する場合がある。摩擦熱によって金属板が変形すると、スクリューピンの中心と金属板の中心とが合わなくなり、接合不良になる場合がある。 However, in friction stir welding using a bobbin tool, it is preferable to join the screw pin in the axial direction center and the metal plate height direction center, but the metal plate is deformed by frictional heat. There is. If the metal plate is deformed by frictional heat, the center of the screw pin and the center of the metal plate may not be aligned, resulting in poor bonding.
また、ボビンツールのショルダ間の距離が、金属板の厚さよりも大きいと、摩擦攪拌によって塑性流動化された金属がショルダの外部に溢れやすくなるため接合欠陥が発生しやすいという問題がある。 Further, if the distance between the shoulders of the bobbin tool is larger than the thickness of the metal plate, there is a problem that the metal plasticized by friction stirring tends to overflow to the outside of the shoulder, so that a joining defect is likely to occur.
また、ボビンツールのスクリューピンの外周面に螺旋溝を刻設する場合があるが、螺旋溝の方向や刻設する範囲によって接合後の金属板の化粧面に形成される凹溝が大きくなったり、化粧面にバリが多く発生したりするという問題がある。 In some cases, the spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the screw pin of the bobbin tool. Depending on the direction of the spiral groove and the range to be engraved, the concave groove formed on the decorative surface of the metal plate after joining may become large. There is a problem that a lot of burrs are generated on the makeup surface.
また、ダブルスキンパネルは薄くかつ長尺な金属部材であるため、一対のダブルスキンパネルの外板同士及び内板同士を精度よく突き合わせる作業が困難となる。また、ダブルスキンパネルの組立体を治具で移動不能に固定しても、回転ツールを移動させて接合する際にダブルスキンパネル同士が離間してしまうという問題がある。 In addition, since the double skin panel is a thin and long metal member, it is difficult to accurately abut the outer plates and the inner plates of the pair of double skin panels. Further, even if the double skin panel assembly is fixed to be immovable with a jig, there is a problem that the double skin panels are separated from each other when the rotary tool is moved and joined.
このような観点から、本発明は、ボビンツールを用いて一対の金属板を接合する際に、接合欠陥の発生を抑制し好適に接合することができる回転ツールユニット及び摩擦攪拌接合方法を提供することを課題とする。また、ボビンツールのスクリューピンの外周面に螺旋溝を刻設した際に、金属板の化粧面に発生するバリを少なくすること又は化粧面に形成される凹溝を小さくすることを課題とする。さらに、ダブルスキンパネルを好適に接合することができるダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法を提供することを課題とする。 From such a point of view, the present invention provides a rotary tool unit and a friction stir welding method capable of suitably joining while suppressing the occurrence of joining defects when joining a pair of metal plates using a bobbin tool. This is the issue. Another object of the present invention is to reduce the burrs generated on the decorative surface of the metal plate or reduce the concave grooves formed on the decorative surface when the spiral groove is engraved on the outer peripheral surface of the screw pin of the bobbin tool. . Furthermore, it is an object to provide a friction stir welding method holder Bull skin panel can be suitably bonded double skin panel.
このような課題を解決するために本発明は、摩擦攪拌装置のチャック部に固定される回転ツールユニットであって、前記チャック部に固定される筒状のホルダーと、前記ホルダーの内部に挿入されたスライド軸と、前記スライド軸の先端に取り付けられたボビンツールと、を有し、前記ホルダーは、径方向に貫通し互いに対向する一対の長孔を有し、前記スライド軸は、前記一対の長孔に挿入されるノックピンと、前記スライド軸に対して前記ノックピンを固定する固定部材とを有し、前記ボビンツールは、前記スライド軸に固定される第一ショルダと、前記第一ショルダに対して離間する第二ショルダと、前記第一ショルダと前記第二ショルダを連結するスクリューピンと、を有し、前記長孔は、軸方向に沿って延設されており、前記スライド軸は、前記長孔と前記ノックピンの係合により前記ホルダーと一体的に回転するとともに、前記長孔の範囲で軸方向に移動することを特徴とする。 In order to solve such a problem, the present invention provides a rotary tool unit fixed to a chuck portion of a friction stirrer, a cylindrical holder fixed to the chuck portion, and inserted into the holder. A slide shaft and a bobbin tool attached to the tip of the slide shaft, the holder has a pair of elongated holes that penetrate in the radial direction and face each other, and the slide shaft has the pair of pairs A knock pin that is inserted into the long hole; and a fixing member that fixes the knock pin to the slide shaft, wherein the bobbin tool is fixed to the slide shaft and the first shoulder. A second shoulder that is spaced apart from each other, and a screw pin that connects the first shoulder and the second shoulder, and the elongated hole extends in the axial direction, and De-axis, while rotating the holder integrally with the engagement of the said long hole knock pin, thus being moved in the axial direction in the range of the long hole.
かかる構成によれば、ボビンツールが取り付けられたスライド軸が、ホルダーに対して軸方向に移動するため、金属板の変形に追従してボビンツールも軸方向に移動する。これにより、金属板の変形による接合位置の位置ずれを防ぐことができるため、接合欠陥の発生を抑制することができる。また、スライド軸に固定されたノックピンが、ホルダーの一対の長孔に挿入されるため、スライド軸の移動を安定させることができる。 According to such a configuration, the slide shaft to which the bobbin tool is attached moves in the axial direction with respect to the holder. Therefore, the bobbin tool also moves in the axial direction following the deformation of the metal plate. Thereby, since the position shift of the joining position due to deformation of the metal plate can be prevented, the occurrence of joining defects can be suppressed. Moreover, since the knock pin fixed to the slide shaft is inserted into the pair of long holes of the holder, the movement of the slide shaft can be stabilized.
また、前記スライド軸は、軸方向に貫通する貫通孔と前記貫通孔に直交するピン孔とを有し、前記ピン孔に前記ノックピンが挿入され、前記貫通孔に前記固定部材が挿入され、前記固定部材の先端が前記ノックピンに当接していることが好ましい。 Further, the slide shaft has a through hole penetrating in the axial direction and a pin hole orthogonal to the through hole, the knock pin is inserted into the pin hole, the fixing member is inserted into the through hole, It is preferable that the tip of the fixing member is in contact with the knock pin.
かかる構成によれば、簡易な構成でスライド軸にノックピンを固定することができる。 According to this configuration, the knock pin can be fixed to the slide shaft with a simple configuration.
また、前記ノックピンの中央部には他の部分より細いくびれ部が形成されており、
前記固定部材の先端は前記くびれ部に当接していることが好ましい。In addition, a narrow portion is formed in the center portion of the knock pin than other portions,
The distal end of the fixing member is preferably in contact with the constricted portion.
かかる構成によれば、ノックピンをより確実に固定することができる。 According to such a configuration, the knock pin can be more reliably fixed.
また、前記ボビンツールは、前記スクリューピンの一端側と前記第一ショルダとを締結する第一締結具と、前記スクリューピンの他端側と前記第二ショルダとを締結する第二締結具と、を有し、前記第一ショルダの内部には、軸方向に延設され平断面が非円形を呈する第一係合孔が形成されており、前記第二ショルダの内部には、軸方向に延設され平断面が非円形を呈する第二係合孔が形成されており、前記スクリューピンは、前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に露出する螺旋溝部と、一端側に形成され、前記第一係合孔に係合する第一係合軸部と、他端側に形成され、前記第二係合孔に係合する第二係合軸部と、を有することが好ましい。 The bobbin tool includes: a first fastener that fastens one end side of the screw pin and the first shoulder; a second fastener that fastens the other end side of the screw pin and the second shoulder; A first engagement hole extending in the axial direction and having a non-circular cross section is formed in the first shoulder, and extends in the axial direction inside the second shoulder. A second engagement hole having a non-circular cross section is formed, and the screw pin is formed on one end side of a spiral groove portion exposed between the first shoulder and the second shoulder, It is preferable to have a first engagement shaft portion that engages with the first engagement hole, and a second engagement shaft portion that is formed on the other end side and engages with the second engagement hole.
また、前記ボビンツールは、前記スクリューピンの一端側と前記第一ショルダとを締結する第一締結具と、前記スクリューピンの他端側と前記第二ショルダとを締結する第二締結具と、を有し、前記第一ショルダの内部には、軸方向に延設された第一孔と、前記ショルダの側面側から前記第一孔に連通する第一ネジ係累孔とが形成されており、前記第二ショルダの内部には、軸方向に延設された第二孔と、前記ショルダの側面側から前記第二孔に連通する第二ネジ係累孔とが形成されており、前記スクリューピンは、前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に露出する螺旋溝部と、一端側に形成され、前記第一孔に挿入される第一軸部と、前記第一軸部の外周面に平坦に形成された第一平坦部と、他端側に形成され、前記第二孔に挿入される第二軸部と、前記第二軸部の外周面に平坦に形成された第二平坦部と、を有し、前記第一ショルダの側面側から前記第一ネジ係累孔に第一係止ネジをねじ込んで、前記第一係止ネジの先端を前記第一平坦部に当接させ、前記第二ショルダの側面側から前記第二ネジ係累孔に第二係止ネジをねじ込んで、前記第二係止ネジの先端を前記第二平坦部に当接させることが好ましい。 The bobbin tool includes: a first fastener that fastens one end side of the screw pin and the first shoulder; a second fastener that fastens the other end side of the screw pin and the second shoulder; The first shoulder is formed with a first hole extending in the axial direction, and a first screw-engaged accumulation hole communicating with the first hole from the side surface side of the shoulder, Inside the second shoulder, there are formed a second hole extending in the axial direction and a second screw-engaged accumulation hole communicating with the second hole from the side surface side of the shoulder, and the screw pin is A spiral groove portion exposed between the first shoulder and the second shoulder; a first shaft portion formed on one end side and inserted into the first hole; and a flat outer surface of the first shaft portion. It is formed on the first flat part formed on the other end and inserted into the second hole. A second flat part formed flat on the outer peripheral surface of the second shaft part, and a first locking screw from the side surface side of the first shoulder to the first screw engaging hole. The first locking screw is brought into contact with the first flat portion, and the second locking screw is screwed into the second screw locking hole from the side surface of the second shoulder. It is preferable that the tip of the locking screw is brought into contact with the second flat portion.
金属板の厚さや金属板の材料に応じてショルダ間の距離や、スクリューピンの螺旋溝の深さやピッチ、巻回方向等を変更する必要がある。また、磨耗によって螺旋溝が浅くなるためスクリューピンの交換が必要になる。かかる構成によれば、スクリューピンと前記第一ショルダ及び第二ショルダとが互いに回転不能となるように一体化することができるとともに、スクリューピンに対して第一ショルダ及び第二ショルダを容易に取り外すことができる。これにより、スクリューピン及び各ショルダの変更やメンテナンスを容易に行うことができる。 Depending on the thickness of the metal plate and the material of the metal plate, it is necessary to change the distance between the shoulders, the depth and pitch of the spiral groove of the screw pin, the winding direction, and the like. Further, since the spiral groove becomes shallow due to wear, it is necessary to replace the screw pin. According to this configuration, the screw pin and the first shoulder and the second shoulder can be integrated so that they cannot rotate with each other, and the first shoulder and the second shoulder can be easily detached from the screw pin. Can do. Thereby, a change and maintenance of a screw pin and each shoulder can be performed easily.
また、前記第一ショルダの下面及び前記第二ショルダの上面の少なくとも一方には、前記ボビンツールの軸周りに螺旋状に形成された凹溝が形成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a concave groove formed in a spiral shape around the axis of the bobbin tool is formed in at least one of the lower surface of the first shoulder and the upper surface of the second shoulder.
かかる構成によれば、摩擦攪拌効率を向上させることができる。 According to this configuration, the friction stir efficiency can be improved.
また、本発明は、請求の範囲第1項に記載の回転ツールユニットを用いて、一対の金属板を接合する摩擦攪拌接合方法であって、前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させて前記端面同士を摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、前記接合工程では、第一ショルダ及び第二ショルダ間の距離を前記金属板の厚さ以下に設定しておき、摩擦攪拌によって前記金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向に変位した際に、その変位に追従して前記ボビンツールが軸方向に移動することが好ましい。
Further, the present invention is a friction stir welding method for joining a pair of metal plates using the rotary tool unit according to
かかる方法によれば、ショルダ間の距離を金属板の厚さ以下に設定することで、摩擦攪拌して塑性流動化した金属がショルダの外部に溢れるのを防ぐことができる。これにより、接合欠陥の発生を抑制することができる。 According to such a method, by setting the distance between the shoulders to be equal to or less than the thickness of the metal plate, it is possible to prevent the metal that has been frictionally stirred and plastically fluidized from overflowing to the outside of the shoulder. Thereby, generation | occurrence | production of a joining defect can be suppressed.
また、前記端面同士の隙間を1.00mm以下に設定する場合、前記金属板の厚さと前記ショルダ間の距離とを、0.2mm≦{(金属板の厚さ)−(ショルダ間の距離)}≦0.8mmとなるように設定することが好ましい。
また、前記端面同士の隙間を1.00mmより大きく1.75mm以下に設定する場合、 前記金属板の厚さと前記ショルダ間の距離とを、0.4mm≦{(金属板の厚さ)−(ショルダ間の距離)}≦0.8mmとなるように設定することが好ましい。When the gap between the end faces is set to 1.00 mm or less, the thickness of the metal plate and the distance between the shoulders are set to 0.2 mm ≦ {(thickness of the metal plate) − (distance between the shoulders). } It is preferable to set so that ≦ 0.8 mm.
When the gap between the end faces is set to be larger than 1.00 mm and equal to or less than 1.75 mm, the thickness of the metal plate and the distance between the shoulders are set to 0.4 mm ≦ {(thickness of the metal plate) − ( It is preferable to set the distance between the shoulders)} ≦ 0.8 mm.
かかる接合方法によれば、端面同士に隙間があっても接合欠陥の発生を抑制することができる。 According to this joining method, it is possible to suppress the occurrence of joining defects even if there is a gap between the end faces.
また、前記ショルダのうち前記金属板に接触する面の直径を二乗した値を、前記スクリューピンの外径を二乗した値で除した値が2.0より大きくなるように設定されていることが好ましい。 Further, a value obtained by dividing a value obtained by squaring the diameter of the surface of the shoulder that contacts the metal plate by a value obtained by squaring the outer diameter of the screw pin is set to be larger than 2.0. preferable.
かかる接合方法によれば、スクリューピンの外径に対してショルダのうち前記金属板に接触する面を大きく確保できるため、ショルダ間で塑性流動化した金属を確実に押えることができる。これにより、接合欠陥の発生をより抑制することができる。ショルダのうち前記金属板に接触する面の直径を二乗した値を、スクリューピンの外径を二乗した値で除した値が2.0以下であると金属が溢れやすくなり接合欠陥が発生しやすい。 According to such a joining method, a large surface of the shoulder that contacts the metal plate can be secured with respect to the outer diameter of the screw pin, so that the plastic fluidized metal can be reliably pressed between the shoulders. Thereby, generation | occurrence | production of a joining defect can be suppressed more. If the value obtained by dividing the diameter of the surface of the shoulder that is in contact with the metal plate by the square of the outer diameter of the screw pin is 2.0 or less, the metal tends to overflow and joint defects are likely to occur. .
また、前記スクリューピンの外径を二乗した値を、前記ショルダのうち前記金属板に接触する面の直径を二乗した値から前記スクリューピンの外径を二乗した値を引いた値で除した値が0.2より大きく、かつ、前記スクリューピンの外径を二乗した値を、前記スクリューピンの外径と前記ショルダ間の距離との積で除した値が1.2よりも大きくなるように設定されていることが好ましい。 Further, the value obtained by squaring the outer diameter of the screw pin is divided by a value obtained by subtracting a value obtained by squaring the outer diameter of the screw pin from a value obtained by squaring the diameter of the surface of the shoulder that contacts the metal plate. So that the value obtained by dividing the square of the outer diameter of the screw pin by the product of the outer diameter of the screw pin and the distance between the shoulders is larger than 1.2. It is preferable that it is set.
かかる接合方法によれば、スクリューピンの外径を二乗した値を、前記ショルダのうち前記金属板に接触する面の直径を二乗した値からスクリューピンの外径を二乗した値を引いた値で除した値が0.2以下になると、スクリューピンが細くなるため抗張力が不足して折れやすくなるが、0.2よりも大きいとスクリューピンが比較的太くなるため折れにくい。
また、前記スクリューピンの外径を二乗した値を、前記スクリューピンの外径と前記ショルダ間の距離との積で除した値が1.2よりも大きくなるように設定されていることが好ましい。この値が1.2以下になると、スクリューピンが細くなるため抗折力が不足して折れやすくなるが、1.2よりも大きいとスクリューピンが比較的太くなるため折れにくい。According to this joining method, the value obtained by squaring the outer diameter of the screw pin is a value obtained by subtracting the value obtained by squaring the outer diameter of the screw pin from the value obtained by squaring the diameter of the surface of the shoulder that contacts the metal plate. When the divided value is 0.2 or less, the screw pin becomes thin and the tensile strength is insufficient, and it is easy to bend. However, when the value is larger than 0.2, the screw pin is relatively thick and is not easily broken.
Further, it is preferable that a value obtained by dividing a value obtained by squaring the outer diameter of the screw pin by a product of the outer diameter of the screw pin and the distance between the shoulders is set to be larger than 1.2. . When this value is 1.2 or less, the screw pin becomes thin and the bending strength is insufficient, and it is easy to bend. However, when the value is larger than 1.2, the screw pin is relatively thick and is not easily broken.
また、前記接合工程において、突き合わされた部分の前記金属板の厚さが異なる場合に、前記金属板の厚さが大きい方の前記金属板を前記ボビンツールの進行方向に対して左側に配置した場合には、前記ボビンツールを右回転させることが好ましい。
また、前記接合工程において、突き合わされた部分の前記金属板の厚さが異なる場合に、前記金属板の厚さが大きい方の前記金属板を前記ボビンツールの進行方向に対して右側に配置した場合には、前記ボビンツールを左回転させることが好ましい。Further, in the joining step, when the thickness of the metal plate at the abutted portion is different, the metal plate with the larger thickness of the metal plate is arranged on the left side with respect to the traveling direction of the bobbin tool. In this case, it is preferable to rotate the bobbin tool clockwise.
Further, in the joining step, when the thickness of the metal plate at the abutted portion is different, the metal plate with the larger thickness of the metal plate is arranged on the right side with respect to the traveling direction of the bobbin tool. In this case, it is preferable to rotate the bobbin tool counterclockwise.
摩擦攪拌においては、回転ツールを右回転させた場合、ツールの進行方向左側(シアー側:回転ツールの回転速度に回転ツールの移動速度が加算される側)からツールの進行方向右側(フロー側:回転ツールの回転速度に回転ツールの移動速度が減算される側)に塑性流動化された金属が流れる傾向があるため、仮に、金属板同士の間に隙間がある場合には、シアー側の金属でその隙間が埋められると考えられる。したがって、金属板の厚さが小さい金属板をシアー側に配置すると、金属が不足して接合後の塑性化領域の中央部の厚さが小さくなる傾向がある。
しかし、金属板の端面同士の厚さが異なる場合は、金属板の厚さが大きい金属板をシアー側に配置することで金属不足を補うことができるため、より好適に接合することができる。In friction agitation, when the rotary tool is rotated to the right, the tool travel direction left side (shear side: side where the rotational speed of the rotary tool is added to the rotational speed of the rotary tool) to the tool travel direction right side (flow side: Since the plasticized metal tends to flow on the side where the moving speed of the rotating tool is subtracted from the rotating speed of the rotating tool), if there is a gap between the metal plates, the metal on the shear side It is thought that the gap is filled. Therefore, when a metal plate having a small thickness is disposed on the shear side, the metal is insufficient and the thickness of the central portion of the plasticized region after joining tends to be small.
However, when the end faces of the metal plates are different from each other, the metal shortage can be compensated by disposing a metal plate with a large metal plate on the shear side, so that the metal plates can be joined more suitably.
また、前記接合工程では、前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、前記スクリューピンの外周面の前記第一ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記第一ショルダ及び前記第二ショルダ間の距離に対して25%以上の割合で形成されていることが好ましい。 In the joining step, the first shoulder and the decorative surface of the metal plate are opposed to each other, and the center of the axial direction of the screw pin and the center of the thickness direction of the metal plate are matched, Move the screw pin of the bobbin tool rotated to the right when viewed from the slide shaft side to the abutting part formed by abutting the end faces, and a right-hand screw on the first shoulder side of the outer peripheral surface of the screw pin A spiral groove is formed, and the right-hand spiral groove is preferably formed at a rate of 25% or more with respect to the distance between the first shoulder and the second shoulder.
かかる接合方法によれば、第一ショルダ側の右ネジは25%以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。 According to such a joining method, since the right screw on the first shoulder side is formed at a rate of 25% or more, the bobbin tool is pushed to the slide shaft side by the movement of the metal by the spiral groove of the right screw, and the metal plate It is possible to prevent the bobbin tool from penetrating deeply into the decorative surface. Thereby, it can prevent that a ditch | groove generate | occur | produces in a decorative surface, or even if a ditch | groove is formed, the depth of the ditch | groove can be made small.
また、前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝の端部から前記第二ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a left-handed spiral groove is formed between an end portion of the right-handed spiral groove and the second shoulder on the outer peripheral surface.
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。 According to this joining method, the stirring efficiency of friction stirring can be increased.
また、前記接合工程では、前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、前記スクリューピンの外周面の前記第一ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して25%以上の割合で形成されていることを特徴とする。 In the joining step, the first shoulder and the decorative surface of the metal plate are opposed to each other, and the center of the axial direction of the screw pin and the center of the thickness direction of the metal plate are matched, Move the screw pin of the bobbin tool rotated counterclockwise as viewed from the slide shaft side to the abutting part formed by abutting the end faces, and set the left-hand screw on the first shoulder side of the outer peripheral surface of the screw pin. A spiral groove is formed, and the spiral groove of the left screw is formed at a ratio of 25% or more with respect to the distance between the shoulders.
かかる接合方法によれば、第一ショルダ側の左ネジは25%以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。 According to such a joining method, the left shoulder screw on the first shoulder side is formed at a ratio of 25% or more, so that the bobbin tool is pushed to the slide shaft side by the movement of the metal by the spiral groove of the left screw, and the metal plate It is possible to prevent the bobbin tool from penetrating deeply into the decorative surface. Thereby, it can prevent that a ditch | groove generate | occur | produces in a decorative surface, or even if a ditch | groove is formed, the depth of the ditch | groove can be made small.
また、前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝の端部から前記第二ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a right-handed spiral groove is formed between an end portion of the left-handed spiral groove and the second shoulder on the outer peripheral surface.
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。 According to this joining method, the stirring efficiency of friction stirring can be increased.
また、前記接合工程では、前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、前記スクリューピンの外周面の前記第二ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して25%以上の割合で形成されていることが好ましい。 In the joining step, the second shoulder and the decorative surface of the metal plate are opposed to each other, and the axial center of the screw pin and the center of the metal plate in the plate thickness direction are matched, Move the screw pin of the bobbin tool rotated to the right when viewed from the slide shaft side to the abutting part formed by abutting the end faces, and a left-hand screw on the second shoulder side of the outer peripheral surface of the screw pin It is preferable that a spiral groove is formed, and the spiral groove of the left screw is formed at a ratio of 25% or more with respect to the distance between the shoulders.
かかる接合方法によれば、第二ショルダ側の左ネジは25%以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸とは反対側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。 According to such a joining method, since the left screw on the second shoulder side is formed at a ratio of 25% or more, the bobbin tool is pushed to the opposite side of the slide shaft by the movement of the metal by the spiral groove of the left screw, It is possible to prevent the bobbin tool from penetrating deeply into the decorative surface of the metal plate. Thereby, it can prevent that a ditch | groove generate | occur | produces in a decorative surface, or even if a ditch | groove is formed, the depth of the ditch | groove can be made small.
また、前記外周面のうち前記左ネジの螺旋溝の端部から前記第一ショルダまでの間に、右ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。 Moreover, it is preferable that a right-handed spiral groove is formed between an end portion of the left-handed spiral groove and the first shoulder in the outer peripheral surface.
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。 According to this joining method, the stirring efficiency of friction stirring can be increased.
また、前記接合工程では、前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、前記スクリューピンの外周面の前記第二ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して25%以上の割合で形成されていることを特徴とする。 In the joining step, the second shoulder and the decorative surface of the metal plate are opposed to each other, and the axial center of the screw pin and the center of the metal plate in the plate thickness direction are matched, Move the screw pin of the bobbin tool rotated counterclockwise as viewed from the slide shaft side to the abutting part formed by abutting the end faces, and a right-hand screw on the second shoulder side of the outer peripheral surface of the screw pin A spiral groove is formed, and the right-hand spiral groove is formed at a rate of 25% or more with respect to the distance between the shoulders.
かかる接合方法によれば、第二ショルダ側の右ネジは25%以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツールがスライド軸とは反対側に押され、金属板の化粧面にボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。 According to such a joining method, since the right screw on the second shoulder side is formed at a rate of 25% or more, the bobbin tool is pushed to the opposite side of the slide shaft by the movement of the metal by the spiral groove of the right screw, It is possible to prevent the bobbin tool from penetrating deeply into the decorative surface of the metal plate. Thereby, it can prevent that a ditch | groove generate | occur | produces in a decorative surface, or even if a ditch | groove is formed, the depth of the ditch | groove can be made small.
また、前記外周面のうち前記右ネジの螺旋溝の端部から前記第一ショルダまでの間に、左ネジの螺旋溝が形成されていることが好ましい。 Further, it is preferable that a left-handed spiral groove is formed between an end portion of the right-handed spiral groove and the first shoulder on the outer peripheral surface.
かかる接合方法によれば、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。 According to this joining method, the stirring efficiency of friction stirring can be increased.
また、前記接合工程では、前記金属板の化粧面側を冷却しながら接合することが好ましい。 In the joining step, it is preferable to join the metal plate while cooling the decorative surface side.
かかる接合方法によれば、流動化された金属の温度の上昇を抑えることにより、凹溝の発生をより抑えることができる。 According to such a joining method, it is possible to further suppress the generation of the concave groove by suppressing an increase in the temperature of the fluidized metal.
また、請求の範囲第1項に記載の回転ツールユニットを用いて、一対のダブルスキンパネルの端部同士を摩擦攪拌接合するダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法であって、一方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部と他方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部とを係合しつつ、一方の前記ダブルスキンパネルの内板の端部に形成された端面と他方の前記ダブルスキンパネルの内板の端面とを係合させずに突き合わせる準備工程と、前記準備工程で係合させた係合部及び突き合わせた突き合せ部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含むことを特徴とする。
Moreover, it is a friction stir welding method of the double skin panel which carries out friction stir welding of the edge parts of a pair of double skin panels using the rotary tool unit of
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、外板の鉤部同士を係合させることにより、接合する際にダブルスキンパネル同士が離間するのを防ぐことができる。内板にも鉤部を設けると、ダブルスキンパネル同士を突き合わせる作業が困難になるが、本発明では内板には鉤部を設けず端面同士を突き合わせるだけでよい。これにより、ダブルスキンパネルを突き合わせる準備工程の作業を省力化することができる。 According to this friction stir welding method , by engaging the flanges of the outer plates, it is possible to prevent the double skin panels from being separated from each other when they are joined. When the collar is provided on the inner plate, it is difficult to abut the double skin panels. However, in the present invention, the inner plate is not provided with the collar and only the end surfaces are abutted. Thereby, the work of the preparation process which abuts a double skin panel can be labor-saving.
また、各前記鉤部を、前記外板の厚肉部から延設された薄肉部と、前記薄肉部に連続し板厚方向に張り出した張出部と、を有するように形成し、前記準備工程では、一対の前記張出部同士を係合することが好ましい。 In addition, each of the flanges is formed to have a thin part extending from a thick part of the outer plate and a projecting part that is continuous with the thin part and projects in the thickness direction, and the preparation In the step, it is preferable to engage the pair of protruding portions.
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、簡易な構成で鉤部を設けることができる。 According to the friction stir welding method , the collar portion can be provided with a simple configuration.
また、一方の前記ダブルスキンパネルの前記張出部の側部に張出傾斜面を形成し、他方の前記ダブルスキンパネルの前記厚肉部に、前記張出傾斜面に面接触する厚肉傾斜面を形成することが好ましい。 Further, a thick inclined surface is formed on the side of the protruding portion of one of the double skin panels, and the thick wall portion of the other double skin panel is in surface contact with the protruding inclined surface. It is preferable to form a surface.
かかる摩擦攪拌接合方法によれば、傾斜面同士を斜めに摺動させることができるので、ダブルスキンパネル同士を係合させやすい。 According to this friction stir welding method , the inclined surfaces can be slid obliquely, so that the double skin panels can be easily engaged with each other.
また、前記外板と前記内板の間に支持板が介設されており、前記支持板から前記端面までの長さをc(mm)及び前記厚肉部の板厚をt(mm)としたとき、c≦7.0×t+18.5mmを満たすように設定することが好ましい。 Further, when a support plate is interposed between the outer plate and the inner plate, the length from the support plate to the end surface is c (mm) and the thickness of the thick portion is t (mm). , C ≦ 7.0 × t + 18.5 mm is preferably set.
支持板から端面までの距離が大きいと、部材の端部側の変形が大きくなるおそれがあるが、かかる摩擦攪拌接合方法によれば、部材の端部側の変形が小さくなる。 If the distance from the support plate to the end surface is large, the deformation on the end side of the member may be increased. However, according to the friction stir welding method , the deformation on the end side of the member is reduced.
また、前記接合工程では、前記係合部を接合した後に、前記突き合せ部を接合することが好ましい。 In the joining step, it is preferable that the butted portion is joined after joining the engaging portion.
係合部及び突き合せ部のどちらを先に接合しても接合強度の観点からは問題が無いが、かかる方法によれば、接合後の金属板同士の角変形を小さくすることができる。 There is no problem from the viewpoint of bonding strength, whichever of the engaging portion and the butting portion is bonded first, but according to this method, the angular deformation between the metal plates after bonding can be reduced.
本発明に係る回転ツールユニット及び摩擦攪拌接合方法によれば、接合欠陥の発生を抑制し、好適に接合することができる。また、本発明に係るダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法によれば、ダブルスキンパネルを好適に接合することができる。 According to the rotary tool unit and the friction stir welding method according to the present invention, it is possible to suppress the occurrence of a joining defect and favorably join. Further, according to the friction stir welding method of the engaging holder Bull skin panel in the present invention, it can be suitably joined double skin panel.
[第一実施形態]
本発明の実施形態に係る摩擦攪拌装置について、図面を参照して詳細に説明する。図1に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌装置300は、チャック部301と、チャック部301に固定された回転ツールユニット302とで構成されている。摩擦攪拌装置300は、先端に固定された回転ツールユニット302を軸周りに高速回転させて、一対の金属板(図示省略)を摩擦攪拌接合する装置である。[First embodiment]
A friction stirrer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the
チャック部301は、装置本体(図示省略)に固定されており、回転軸C周りに回転する。チャック部301は、円筒状を呈する。
The
回転ツールユニット302は、図1に示すように、ホルダー303と、スライド軸304と、ボビンツール305とで主に構成されている。
As shown in FIG. 1, the
ホルダー303は、チャック部301の内側に固定されており、チャック部301と一体的に回転する。ホルダー303は、円筒状を呈する。図2に示すように、ホルダー303は、一対の長孔311と、平坦面312とを有する。長孔311は、ホルダー303の径方向を貫通し、互いに対向するように設けられている。長孔311は、その長手方向が回転軸C方向に沿うように延設されている。
The
平坦面312は、図2に示すように、ホルダー303の外周面の一部に設けられており、鉛直方向に沿って平坦になっている面である。図3に示すように、ホルダー303とチャック部301とは、固定具313を介して固定されている。固定具313は、チャック部301に形成されたネジ溝に螺合されるとともに、その先端が平坦面312に当接している。これにより、チャック部301とホルダー303とが一体となり、回転軸C周りに回転するようになっている。
As shown in FIG. 2, the
スライド軸304は、図2に示すように、ホルダー303の内部に挿入される部材であって、ホルダー303と一体的に回転軸C周りに回転する。スライド軸304は、スライド本体321と、ノックピン322と、固定部材323とで構成されている。
As shown in FIG. 2, the
スライド本体321は、図4に示すように、軸方向に貫通する貫通孔324と、軸方向と直交する方向に貫通するピン孔325とを備えている。貫通孔324は、スライド本体321の回転軸Cと重なる位置に形成されており、上側から大径部324a、大径部324aに連続する小径部324b、大径部324aと小径部324bとの段差で形成された段差部324c及び接合部324dとを備えている。小径部324bのうち、ピン孔325よりも上側の部位には、ネジ溝(雌ネジ)が形成されている。このネジ溝が形成された部位に固定部材323が螺合される。
As shown in FIG. 4, the slide
接合部324dの内周面にはネジ溝(雌ネジ)が形成されている。接合部324dは、後記する第一ショルダ331が螺合される部位である。ピン孔325は、図4の(a)及び(b)に示すように、小径部324bに対して直交し、スライド本体321を貫通している。
A screw groove (female screw) is formed on the inner peripheral surface of the
ノックピン322は、図4の(c)に示すように、基軸部322aと、くびれ部322bと、テーパー部322cとを備えている。くびれ部322bは、他の部分よりも小さい径になっている部分である。テーパー部322cは、基軸部322aの両端に形成されており、端部に向けて先細りになっている。
As shown in FIG. 4C, the
固定部材323は、スライド本体321に対してノックピン322を固定するための部材である。固定部材323は、小径部324bに螺合されており、その先端がノックピン322のくびれ部322bに当接している。図3に示すように、固定部材323の頭部には六角溝が形成されている。
The fixing
スライド軸304は、図2に示すように、ノックピン322の両端を長孔311,311に位置させた状態で、ホルダー303の内部に挿入される。
As shown in FIG. 2, the
ボビンツール305は、図2に示すように、スライド軸304の先端に接合される部材であって、第一ショルダ331と、第二ショルダ341と、スクリューピン351と、第一締結具371及び第二締結具372とで主に構成されている。第一ショルダ331及び第二ショルダ341は互いに離間して配置されており、スクリューピン351で連結されている。
As shown in FIG. 2, the
第一ショルダ331は、図5の(a)に示すように、第一大径部332と、第一小径部333と、内部に形成された第一中空部334とを備えている。第一大径部332及び第一小径部333は、ともに略円柱状を呈する。第一大径部332は、第一小径部333よりも大きな外径になっている。図5の(b)に示すように、第一大径部332の下面332aには、回転軸C周りに螺旋状に刻設された凹溝332bが形成されている。凹溝332bの断面形状は半円状になっている。第一小径部333の外周面には、スライド軸34の接合部324dに螺合するネジ溝(雄ネジ)が形成されている。
As shown in FIG. 5A, the
第一中空部334は、スクリューピン351が挿入される部位であって上下方向に貫通している。第一中空部334は、下側から第一下側孔335と、第一内側孔336と、第一係合孔337と、第一内側孔338と及び第一上側孔339とを備えている。第一下側孔335、第一内側孔336、第一内側孔338及び第一上側孔339は、いずれも円柱状の内部空間を備えている。第一下側孔335の内径は、第一内側孔336の内径よりも大きくなっている。第一上側孔339の内径は、第一内側孔338の内径よりも大きくなっている。第一係合孔337は略四角柱状の内部空間を備えている。第一係合孔337の水平断面形状は、本実施形態では略正方形になっているが、他の角形状であってもよい。
The first
第二ショルダ341は、図6の(a)及び(b)に示すように、第二大径部342と、第二小径部343と、内部に形成された第二中空部344とを備えている。第二大径部342の外周面には、内側に向けて窪む複数(本実施形態では3つ)の凹条342aが形成されている。第二大径部342の上面342bには、回転軸C周りに螺旋状に刻設された凹溝342cが形成されている。凹溝342cの断面形状は半円状になっている。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
第二中空部344は、スクリューピン351が挿入される部位であって上下方向に貫通している。第二中空部344は、上側から第二上側孔345と、第二内側孔346と、第二係合孔347と、第二下側孔348とを備えている。第二上側孔345、第二内側孔346及び第二下側孔348は、いずれも円柱状の内部空間を備えている。第二上側孔345の内径は、第二内側孔346の内径よりも大きくなっている。第二係合孔347は、略四角柱状の内部空間を備えている。第二係合孔347の水平断面形状は、本実施形態では略正方形になっているが、他の角形状であってもよい。
The second
スクリューピン351は、図2に示すように、第一ショルダ331と第二ショルダ341を連結する部材である。図7の(a)及び(b)に示すように、スクリューピン351は、上下対称になっており、その中央には、螺旋溝部352が形成されている。螺旋溝部352よりも上側は第一ショルダ331に挿入される部位であり、下側は第二ショルダ341に挿入される部位である。螺旋溝部352より上側は、第一大径軸部353と、第一小径軸部354と、第一係合軸部355と、第一先端軸部356とを備えている。螺旋溝部352より下側は、第二大径軸部357と、第二小径軸部358と、第二係合軸部359と、第二先端軸部360とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
螺旋溝部352は、第一ショルダ331と第二ショルダ341との間から露出する部分であって、接合する金属板(図示省略)に挿入される部位である。螺旋溝部352には外周面に螺旋溝が刻設されている。螺旋溝部352には、本実施形態では、上半分に右ネジが刻設され、下半分に左ネジが刻設されている。螺旋溝部352に刻設される螺旋溝の巻回方向や、右ネジと左ネジの割合、断面形状等は接合する金属板によって適宜設定すればよい。
The
第一大径軸部353は、円柱状を呈する。第一大径軸部353の外径は、螺旋溝部352の外径よりも大きくなっている。第一大径軸部353は、図5の(a)に示す第一ショルダ331の第一下側孔335に挿入される部位である。
The first large-
第一小径軸部354は、円柱状を呈する。第一小径軸部354の外径は、第一大径軸部353よりも小さくなっている。第一小径軸部354は、図5の(a)に示す第一ショルダ331の第一内側孔336に挿入される部位である。
The first small-
第一係合軸部355は、四角柱状を呈する。第一係合軸部355の水平断面形状は略正方形になっている。第一係合軸部355の水平断面に係る対角線の長さは、第一小径軸部354の外径と略同等になっている。第一係合軸部355は、図5の(a)に示す第一ショルダ331の第一係合孔337と密接に係合する部位である。
The first
第一先端軸部356は、円柱状を呈する。第一先端軸部356の外径は、第一係合軸部355の水平断面の一辺の長さよりも小さくなっている。第一先端軸部356の外周面にはネジ溝(雄ネジ)が形成されている。第一先端軸部356は、図5の(a)に示す第一内側孔338及び第一上側孔339に挿入される部位である。
The first
第二大径軸部357は、円柱状を呈する。第二大径軸部357の外径は、螺旋溝部352の外径よりも大きくなっている。第二大径軸部357は、図6の(a)に示す第二ショルダ341の第二上側孔345に挿入される部位である。
The second large
第二小径軸部358は、円柱状を呈する。第二小径軸部358の外径は、第二大径軸部357の外径よりも小さくなっている。第二小径軸部358は、図6の(a)に示す第二ショルダ341の第二内側孔346に挿入される部位である。
The second small
第二係合軸部359は、角柱状を呈する。第二係合軸部359の水平断面形状は略正方形になっている。第二係合軸部359の水平断面に係る対角線の長さは、第二小径軸部358の外径と略同等になっている。第二係合軸部359は、図6の(a)に示す第二ショルダ341の第二係合孔347と密接に係合する部位である。
The second
第二先端軸部360は、円柱状を呈する。第二先端軸部360の外径は、第二係合軸部359の水平断面の一辺の長さよりも小さくなっている。第二先端軸部360の外周面にはネジ溝(雄ネジ)が形成されている。第二先端軸部360は、図6の(a)に示す第二下側孔348に挿入される部位である。
The second
次に、各部材の組み付け方法について説明する。まず、図2、図5〜7を参照してボビンツール305の組み付け方法について説明する。スクリューピン351の第一先端軸部356から第一ショルダ331を挿入し、第一係合軸部355と第一係合孔337とを係合させる。そして、第一上側孔339において第一先端軸部356を第一締結具371で締結する。
Next, a method for assembling each member will be described. First, a method for assembling the
一方、スクリューピン351の第二先端軸部360から第二ショルダ341を挿入し、第二係合軸部359と第二係合孔347とを係合させる。そして、第二ショルダ341の下面で第二先端軸部360を第二締結具372で締結する。第一係合孔337と第一係合軸部355、及び、第二係合孔347と第二係合軸部359は角柱状(平面視角形)であるため、互いに空転することなく係合される。
On the other hand, the
ボビンツール305を組み付けたら、スライド軸304の接合部324dに、第一ショルダ331の第一小径部333を螺合して、スライド軸304とボビンツール305とを接合する。
When the
次に、ホルダー303にスライド軸304を挿入しつつ、長孔311,311とピン孔325とを連通させてノックピン322を挿入する。そして、スライド本体321の貫通孔324に固定部材323を挿入し、図示しない六角レンチで固定部材323を締結する。
Next, while inserting the
最後に、ホルダー303をチャック部301に挿入しつつ、ホルダー303とチャック部301とを固定具313で固定する。
Finally, the
以上説明した回転ツールユニット302によれば、ボビンツール305が取り付けられたスライド軸304が、ホルダー303に対して軸方向に移動するため、金属板の変形に追従してボビンツール305も軸方向に移動する。これにより、金属板の変形による接合位置の位置ずれを防ぐことができるため、接合欠陥の発生を抑制することができる。また、スライド軸304に固定されたノックピン322が、ホルダー303の一対の長孔311に挿入されるため、スライド軸304の移動を安定させることができる。
According to the
また、本実施形態のスライド軸304は、軸方向に貫通する貫通孔324と、貫通孔324に直交しノックピン322が挿入されるピン孔325とを有し、貫通孔324に固定部材323が挿入され、その先端がノックピン322に当接している。また、ノックピン322の中央部には他の部分より細いくびれ部322bが形成されており、固定部材323の先端はくびれ部322bに当接している。これにより、簡易な構成でスライド軸304にノックピン322を確実に固定することができる。
Further, the
また、本実施形態によれば、スライド軸304の先端に形成された接合部324dに、第一ショルダ331の第一小径部333が螺合又は解除されることにより着脱自在になっている。これにより、ボビンツール305の交換やメンテナンスを容易に行うことができる。
Further, according to the present embodiment, the first small-
また、ボビンツール305は、接合する金属板の厚さや種類によって第一ショルダ331と第二ショルダ341の距離や、スクリューピン351の太さを変更する必要がある。また、磨耗によって第一ショルダ331、第二ショルダ341及びスクリューピン351の交換をする必要がある。本実施形態によれば、ボビンツール305の第一ショルダ331及び第二ショルダ341は、スクリューピン351に対して容易に着脱できるようになっているため、各部材の交換やメンテナンスを容易に行うことができる。
The
また、第一ショルダ331の下面332a及び第二ショルダ341の上面342bには、ボビンツール305の回転軸C周りに螺旋状に形成された凹溝332b、凹溝342cがそれぞれ形成されている。これにより、摩擦攪拌効率を向上させることができる。
Further, on the
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。例えば、第一ショルダ331の下面331a及び第二ショルダ341の上面341bに設ける凹溝はいずれか一方に設けるだけでもよいし、省略してもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the concave grooves provided on the lower surface 331a of the
また、第一係合孔337と第一係合軸部355、及び、第二係合孔347と第二係合軸部359の形状は、係合孔に対して係合軸部が回転不能であればどのような形状であってもよい。例えば、係合孔及び係合軸部のいずれか一方にキーを形成し、他方にキー溝を形成してもよい。
Further, the shapes of the
図8の(a)は第一実施形態に係る第一ショルダの変形例を示す断面図、(b)は第一実施形態に係る第二ショルダの変形例を示す断面図である。図9は、第一実施形態に係る変形例を示す断面図である。図8に示すように第一実施形態に係る変形例では、第一係止ネジ473及び第二係止ネジ474を用いる点で前記した実施形態と相違する。変形例のボビンツール405は、第一ショルダ431と、第二ショルダ441と、スクリューピン451と、第一締結具471と、第二締結具472と、第一係止ネジ473及び第二係止ネジ474とで主に構成されている。
FIG. 8A is a sectional view showing a modification of the first shoulder according to the first embodiment, and FIG. 8B is a sectional view showing a modification of the second shoulder according to the first embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a modification according to the first embodiment. As shown in FIG. 8, the modification according to the first embodiment is different from the above-described embodiment in that a
第一ショルダ431は、図8の(a)に示すように、第一大径部432と、第一小径部433と、内部に形成された第一中空部434と、第一ネジ係累孔438と、を備えている。第一大径部432は、略円柱状を呈し、下端側は先端に向けて先細りになっている。第一小径部433は、円筒状を呈する。第一小径部433の外径は、第一大径部432の外径よりも小さくなっている。第一小径部433の外周面には、スライド軸304の接合部324dに螺合するネジ溝(雄ネジ)が形成されている。なお、第一大径部432の下面432aに凹溝を設けてもよい。
As shown in FIG. 8A, the
第一中空部434は、スクリューピン451が挿入される部位であって、上下方向に貫通している。第一中空部434は、下側から第一下側孔435と、第一内側孔436と、第一上側孔437とを備えている。第一下側孔435は、請求の範囲の「第一孔」に相当する部位である。第一下側孔435、第一内側孔436及び第一上側孔437はいずれも円柱状の内部空間を備えている。第一内側孔436、第一下側孔435、第一上側孔437の順にそれぞれの内径が大きくなっている。
The first
第一ネジ係累孔438は、第一大径部432の側面から回転軸C方向に延設されており、第一下側孔435に連通している。第一ネジ係累孔438のうち回転軸C側には、ネジ溝(雌ネジ)が形成されている。
The first
第二ショルダ441は、図8の(b)に示すように、第二本体部442と、内部に形成された第二中空部444と、第二ネジ係累孔447とを備えている。第二本体部442の外周面には、内側に向けて窪む複数(本実施形態では4つ)の凹条442aが形成されている。なお、第二本体部442の上面442bに凹溝を設けてもよい。
As shown in FIG. 8B, the
第二中空部444は、スクリューピン451が挿入される部位であって、上下方向に貫通している。第二中空部444は、上側から第二上側孔445と、第二下側孔446とを備えている。第二上側孔445は、請求の範囲の「第二孔」に相当する部位である。第二上側孔445及び第二下側孔446は、いずれも円柱状の内部空間を備えている。第二上側孔445の内径は、第二下側孔446の内径よりも大きくなっている。
The second
第二ネジ係累孔447は、第二本体部442の側面から回転軸C方向に延設されており、第二上側孔445に連通している。第二ネジ係累孔447のうち回転軸C側には、ネジ溝(雌ネジ)が形成されている。
The second
スクリューピン451は、図9に示すように、上下対称になっており、その中央には螺旋溝部452が形成されている。螺旋溝部452は、第一ショルダ431と第二ショルダ441との間から露出する部分である。螺旋溝部452より上側は、第一大径軸部453と、第一小径軸部454とを備えている。螺旋溝部452より下側は、第二大径軸部455と、第二小径軸部456とを備えている。
As shown in FIG. 9, the
第一大径軸部453及び第一小径軸部454は、いずれも略円柱状を呈する。第一大径軸部453の外径は、第一小径軸部454の外径よりも大きくなっている。第一大径軸部453は、図8の(a)に示す第一下側孔435に挿入される部位である。第一大径軸部453の外周面には、平坦面となる第一平坦部453aが形成されている。第一大径軸部453は、請求の範囲の「第一軸部」に相当する部位である。第一小径軸部454は、第一内側孔436及び第一上側孔437に挿入される部位である。第一小径軸部454の先端には、ネジ溝(雄ネジ)が形成されている。
Both the first large-
第二大径軸部455及び第二小径軸部456は、いずれも略円柱状を呈する。第二大径軸部455の外径は、第二小径軸部456の外径よりも大きくなっている。第二大径軸部455は、図8の(b)に示す第二上側孔445に挿入される部位である。第二大径軸部455の外周面には、平坦面となる第二平坦部455aが形成されている。第二大径軸部455は、請求の範囲の「第二軸部」に相当する部位である。第二小径軸部456は、第二下側孔446に挿入される部位である。第二小径軸部456の先端には、ネジ溝(雄ネジ)が形成されている。
Each of the second large
次に、変形例に係るボビンツール405の組み付け方法について説明する。図8及び図9に示すように、まず、スクリューピン451の第一大径軸部453及び第一小径軸部454に第一ショルダ431を挿入する。そして、第一ネジ係累孔438に第一係止ネジ473を螺合させつつ、第一大径軸部453の第一平坦部453aに第一係止ネジ473の先端を当接させる。そして、第一小径軸部454に第一締結具471を締結する。
Next, a method for assembling the
一方、スクリューピン451の第二大径軸部455及び第二小径軸部456に第二ショルダ441を挿入する。そして、第二ネジ係累孔447に第二係止ネジ474を螺合させつつ、第二大径軸部455の第二平坦部455aに第二係止ネジ474の先端を当接させる。そして、第二小径軸部456に第二締結具472を締結する。
On the other hand, the
ボビンツール405を組み付けたら、スライド軸304の接合部324dに、第一ショルダ431の第一小径部433を螺合して、スライド軸304とボビンツール405とを接合する。
When the
以上説明したように変形例においても、前記した実施形態と略同等の効果を奏することができる。また、スクリューピン451と第一ショルダ431及び第二ショルダ441とを一体化する際に、第一係止ネジ473及び第二係止ネジ474を螺合させつつそれらの先端と第一平坦部453a、第二平坦部455aとをそれぞれ当接させることにより、スクリューピン451と、第一ショルダ431及び第二ショルダ441との相対的な回転を容易に制限することができる。また、第一係止ネジ473及び第二係止ネジ474を解除するだけで、容易に分解することができる。これにより、部品の交換やメンテナンスが容易になる。
As described above, also in the modified example, it is possible to achieve substantially the same effect as the above-described embodiment. Further, when the
なお、変形例において、第一ショルダ431及び第二ショルダ441の内部に平断面が非円形となる係合孔を設けるとともに、スクリューピン451の軸部の一部に柱状を呈する係合軸部を設け、当該係合孔と係合軸部とを係合させてもよい。これにより、スクリューピン451と、第一ショルダ431及び第二ショルダ441との相対的な回転をより確実に制限することができる。
In the modified example, the
[第二実施形態]
本発明の第二実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図10に示すように、本実施形態に係る摩擦攪拌装置1は、突き合わされた一対の金属板の突き合せ部Nを摩擦攪拌接合する装置である。摩擦攪拌装置1の先端にはボビンツール5が装着されている。まずは、接合する一対の金属板の説明をする。説明における上下前後左右は図10の矢印に従う。[Second Embodiment]
A second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. As shown in FIG. 10, the
<中空形材>
図11の(a)に示すように、本実施形態では中空形材100Aと中空形材100Bとを接合する場合を例示する。中空形材100Aは、アルミニウム合金製の押出形材であって、断面視矩形の中空部100aを有する長尺部材である。中空形材100Aは、中空部100aを備えた本体部101と、本体部101の左側面の上下端からそれぞれ左側(中空形材100B側)に張り出した板状端部102,103とを有する。<Hollow profile>
As shown to (a) of FIG. 11, this embodiment illustrates the case where the
本体部101は、4つの面材104,105,106,107で構成され、断面視矩形に形成されている。板状端部102,103は、板状を呈し面材105に対して垂直になっている。板状端部102,103の左右方向の長さは、面材104の半分程度になっている。また、板状端部102,103は、面材104,105,106,107と同等の厚さになっている。板状端部102,103は、請求の範囲の「金属板」に相当する部位である。
The
中空形材100Bは、中空形材100Aと同等の形状を呈する金属部材である。中空形材100Bは、中空形材100Aと同等の符号を付して詳細な説明は省略する。
The
中空形材100Aと中空形材100Bとを突き合わせる際には、中空形材100Aの板状端部102,103と中空形材100Bの102,103とをそれぞれ突き合わせる。より詳しくは、中空形材100Aの板状端部102の端面102aと中空形材100Bの板状端部102の端面102aとを突き合わせるとともに、中空形材100Aの板状端部103の端面103aと中空形材100Bの板状端部103の端面103aとをそれぞれ突き合わせる。図11の(b)に示すように、中空形材100Aと中空形材100Bとを突き合わせると、端面102a,102aの高さ方向の中心同士が重なるとともに、板状端部102,102の上面と下面とがそれぞれ面一になる。
When the
図11の(b)に示すように、端面102a,102a、端面103a,103aがそれぞれ突き合わされた部分を「突き合せ部N」とする。突き合せ部Nを接合する際には、端面102a,102aが密接していることが好ましいが、中空形材100A,100Bの公差や、接合時における摩擦熱によって板状端部102,102が変形し、端面102a,102aとの間に微細な隙間が生じる場合がある。突き合せ部Nとは、端面102a,102aに微細な隙間が生じている場合も含む概念である。
As shown in (b) of FIG. 11, a portion where the end faces 102a and 102a and the end faces 103a and 103a are abutted is referred to as a “butting portion N”. When joining the butt portion N, it is preferable that the end faces 102a and 102a are in close contact with each other, but the plate-
なお、本実施形態では接合する対象として中空形材の板状端部を例示しているが、接合する対象は、摩擦攪拌可能な金属で形成されており、板状を呈する部材であれば特に制限されるものではない。 In addition, in this embodiment, the plate-shaped end portion of the hollow shape material is illustrated as an object to be joined, but the object to be joined is formed of a metal capable of friction stir, and is particularly a member that exhibits a plate shape. It is not limited.
<摩擦攪拌装置>
図12に示すように、摩擦攪拌装置1は、チャック部1aと、チャック部1aの内部に固定される回転ツールユニット2とで主に構成されている。図13に示すように、チャック部1aは、フランジを備えた円筒状の部材であって、摩擦攪拌装置1の本体DにボルトB1で接続されている。チャック部1aは、摩擦攪拌装置1の回転駆動によって軸周りに回転する部位である。チャック部1aの内周には円筒面1bが形成されている。<Friction stirrer>
As shown in FIG. 12, the
回転ツールユニット2は、図13に示すように、ホルダー3と、スライド軸4と、ボビンツール5とで構成されている。回転ツールユニット2は、チャック部1aに対して着脱可能になっている。
As shown in FIG. 13, the
ホルダー3は、スライド軸4を内包するとともに、チャック部1aの内部に固定される部材である。ホルダー3は、円筒状を呈する。ホルダー3の外面には、上下方向に平坦に延設された平坦面3aが形成されているため、円筒面1bと平坦面3aとの間には微細な隙間が形成されている。ボルト2B,2Bは、チャック部1aの外面から径方向に向けて締結されており、その先端が平坦面3aに当接している。これにより、チャック部1aとホルダー3とが一体的に回転する。また、図14に示すように、ホルダー3には、径方向に貫通する長孔状のキー溝3bが形成されている。
The
スライド軸4は、図13に示すように、円柱状を呈し、ホルダー3の中空部に配置される部材である。スライド軸4は、ホルダー3に対して上下方向に移動可能になっている。図14に示すように、スライド軸4の外面には、外側に向けて突出するキー4aが形成されている。キー4aが、キー溝3bに係合することにより、ホルダー3とスライド軸4とが一体的に回転する。
As shown in FIG. 13, the
ボビンツール5は、図15に示すように、例えば工具鋼で形成されておりスライド軸4に連結されている。ボビンツール5は、チャック部1a、ホルダー3及びスライド軸4と一体的に正逆回転する。ボビンツール5は、第一ショルダ11と、第一ショルダ11の下方に間をあけて配設された第二ショルダ12と、第一ショルダ11と第二ショルダ12とを連結するスクリューピン13とを有する。
As shown in FIG. 15, the
第一ショルダ11及び第二ショルダ12は、円柱状を呈し、同等の外径を備えている。スクリューピン13は、円柱状を呈し、第一ショルダ11と第二ショルダ12とを連結する。スクリューピン13は、第二ショルダ12を貫通している。第二ショルダ12を貫通したスクリューピン13は、第二ショルダ12の下端においてナットで締結されている。スクリューピン13の外周面には、上部螺旋溝13aと下部螺旋溝13bとが刻設されている。上部螺旋溝13a及び下部螺旋溝13bの溝の向きはそれぞれ反対方向に巻回されるように刻設されている。
The
上部螺旋溝13aは、第一ショルダ11の下端からスクリューピン13の高さ方向の中間位置まで刻設されている。本実施形態ではボビンツール5を右回転させるため、上部螺旋溝13aは右ネジで形成されている。つまり、上部螺旋溝13aは、上から下に向けて右回りに巻回されるように刻設されている。
The
一方、下部螺旋溝13bは、第二ショルダ12の上端からスクリューピン13の高さ方向の中間位置まで刻設されている。本実施形態ではボビンツール5を右回転させるため、下部螺旋溝13bは左ネジで形成されている。つまり、下部螺旋溝13bは、上から下に向けて左回りに巻回されるように刻設されている。
On the other hand, the
上部螺旋溝13a及び下部螺旋溝13bをこのように形成することで、摩擦攪拌されて塑性流動化した金属が、板状端部102の高さの中央部分から上端方向又は下端方向に向って若干移動するようになっている。なお、これら上下方向への金属の移動は、ボビンツール5のスクリューピン13の回転による周方向での金属の移動に比べて微量に止まるものである。
By forming the
螺旋溝の巻回方向や刻設する割合については、接合する金属板の化粧面とボビンツール5との位置関係や、ボビンツールの回転方向等に応じて適宜設定すればよい。本実施形態では、スクリューピン13に対して右ネジと左ネジの両方の螺旋溝を刻設しているが、例えば、スクリューピン13に対して全て右ネジの螺旋溝を刻設してもよいし、全て左ネジの螺旋溝を刻設してもよい。また、本実施形態では、第一ショルダ11側を右ネジ、第二ショルダ12側を左ネジにしているが、第一ショルダ11側を左ネジ、第二ショルダ12側を右ネジにしてもよい。
What is necessary is just to set suitably about the winding direction of a spiral groove, and the ratio to cut according to the positional relationship between the decorative surface of the metal plate to be joined and the
図15に示すように、ボビンツール5のショルダ間距離Z(スクリューピン13の露出した部分の長さ)は、中空形材100Aの板状端部102の厚さTと同等か、それよりも小さくなっていることが好ましい。例えば、本実施形態では、ショルダ間距離Zは、中空形材100Aの板状端部102の厚さTよりも0.2mm小さくなっている。
As shown in FIG. 15, the distance Z between shoulders of the bobbin tool 5 (the length of the exposed portion of the screw pin 13) is equal to or more than the thickness T of the plate-
なお、突き合せ部N(図11の(b)参照)の端面102a,102aの隙間を0.75mm以下に設定できる場合、板状端部102の厚さTとショルダ間距離Zとを同等、つまり、T−Z=0と設定しても接合状態を良好にすることができる。
When the gap between the end faces 102a and 102a of the butt portion N (see FIG. 11B) can be set to 0.75 mm or less, the thickness T of the plate-
また、突き合せ部Nの端面102a,102aの隙間を1.00mm以下に設定できる場合、板状端部102の厚さTとショルダ間距離Zとを、0.2mm≦T−Z≦0.8mmとなるように設定することが好ましい。
When the gap between the end faces 102a, 102a of the butted portion N can be set to 1.00 mm or less, the thickness T of the plate-
また、突き合せ部Nの端面102a,102aの隙間を1.00より大きく、1.75mm以下に設定できる場合、板状端部102の厚さTとショルダ間距離Zとを、0.4mm≦T−Z≦0.8mmとなるように設定することが好ましい。
Further, when the gap between the end faces 102a, 102a of the butt portion N can be set larger than 1.00 and 1.75 mm or less, the thickness T of the plate-
また、ボビンツール5は、第一ショルダ11及び第二ショルダ12の外径X(板状端部102に接触する面の直径)を二乗した値をスクリューピン13の外径Yを二乗した値で除した値が2.0より大きくなるように設定することが好ましい。かかるボビンツール5によれば、バリとして排出される材料の量を第一ショルダ11及び第二ショルダ12によって抑制できるため、接合欠陥の発生を低減することができる。
The
また、ボビンツール5は、スクリューピン13の外径Yを二乗した値を、第一ショルダ11及び第二ショルダ12の外径X(板状端部102に接触する面の直径)を二乗した値からスクリューピン13の外径Yを二乗した値を引いた値で除した値が0.2よりも大きくなるように設定されていることが好ましい。かかるボビンツール5によれば、接合時にツール軸方向に発生する材料抵抗に対するスクリューピンの抗張力を十分に確保できるため、スクリューピン13の破損を防ぐことができる。
Further, the
また、ボビンツール5は、スクリューピン13の外径Yを二乗した値をスクリューピン13の外径Yとショルダ間距離Zとの積で除した値が1.2よりも大きくなるように設定することが好ましい。かかるボビンツール5によれば、接合時にツール進行方向とは逆向きに流れる材料抵抗に対するスクリューピンの抗折力を十分に確保できるため、スクリューピン13の破損を防ぐことができる。これらの根拠については実施例で記載する。
Further, the
ここで、摩擦攪拌接合を行うと、摩擦熱によって板状端部102,102の温度が上昇し、板状端部102,102が上方又は下方に反ってしまう場合がある。本実施形態に係る摩擦攪拌装置1は、スライド軸4がホルダー3に対して移動可能に形成されているため、板状端部102が例えば上方に反った際に、その反りに追従してボビンツール5が所定の距離だけ上方に移動するように構成されている。一方、板状端部102が下方に反った際には、その反りに追従してボビンツール5が所定の距離だけ下方に移動するように構成されている。これにより、摩擦攪拌接合中における金属板に対するボビンツール5の位置ズレを抑制できるようになっている。
Here, when friction stir welding is performed, the temperature of the plate-
次に、第二実施形態のボビンツール5を用いた接合方法について説明する。
第二実施形態の接合方法では、ボビンツール5を右回転させて接合を行う。具体的には、この接合方法では、中空形材同士を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ部Nにボビンツール5を挿入する接合工程と、を行う。ここでは、表面Saを化粧面として設定する。Next, a joining method using the
In the joining method of the second embodiment, joining is performed by rotating the
突き合せ工程では、図11に示すように、中空形材100Aと中空形材100Bとを板状端部102同士で対向させ、端面102a,102a同士及び端面103a,103a同士を面接触させる。より詳しくは、一方の端面102aの中点と、他方の端面102aの中点とが重なるように面接触させる。なお、突き合わせた後は、中空形材100A,100Bが離間しないように、突き合せ部Nに沿って溶接などで仮付けを行ってもよい。中空形材100Aと中空形材100Bとを突き合わせたら、両者を移動不能に拘束する。
In the abutting step, as shown in FIG. 11, the
接合工程では、まず、突き合せ部Nの外部において、スクリューピン13の中心13cが、突き合せ部Nの中心Ncと重なるように位置させる。そして、図16に示すように、右回転させたボビンツール5を突き合せ部Nに沿って移動させる。ボビンツール5が突き合せ部Nに挿入されると、高速回転するスクリューピン13によってスクリューピン13の周囲の金属が摩擦攪拌され板状端部102同士が一体化される。スクリューピン13の軌跡には塑性化領域Wが形成される。
In the joining process, first, the
以上説明した本実施形態に係る接合方法によれば、摩擦攪拌接合の摩擦熱によって板状端部(金属板)102,102が反ったとしても、その反りに追従してボビンツール5が上下方向にスムーズに移動可能になっている。これにより、スクリューピン13の中心13cと突き合せ部Nの中心Ncとの高さ位置がずれるのを抑制できる。これにより、接合位置がずれるのを防ぐことができる。
According to the joining method according to the present embodiment described above, even if the plate-like end portions (metal plates) 102 and 102 are warped by the frictional heat of friction stir welding, the
また、本実施形態のように、ボビンツール5のショルダ間距離Zを板状端部102の厚さT以下に設定することで、塑性流動化した金属を押えることができ、摩擦攪拌によって塑性流動化した金属が第一ショルダ11及び第二ショルダ12の外部に溢れるのを防ぐことができる。これにより、接合欠陥の発生を抑制することができる。なお、T−Zの値が0.8を超えると摩擦攪拌装置1への負荷が大きくなるため不適切である。
Further, as in this embodiment, by setting the distance Z between the shoulders of the
また、接合方法によれば、摩擦攪拌されて流動化された金属は、スクリューピン13の右ネジの上部螺旋溝13aと、左ネジの下部螺旋溝13bに導かれて板状端部102の中心Ncから表面Sa側及び裏面Sb側にそれぞれ移動する。右ネジの上部螺旋溝13aは25%以上の割合で形成されているため、この螺旋溝による金属の移動によってボビンツール5が板状端部102に対してスライド軸4側(上方)に押され、表面(化粧面)Saに深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝Vが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Vが形成されたとしてもその凹溝Vの深さを小さくすることができる。凹溝Vの発生を防ぐか又は凹溝Vを小さくすることで、表面(化粧面)Saを平滑にする仕上げ処理が容易になる。
In addition, according to the joining method, the metal that has been frictionally stirred and fluidized is guided to the
また、第二実施形態では、上部螺旋溝13aと下部螺旋溝13bの割合が50:50であるため、図16の(a)に示すように、上側と下側で移動する金属量を均等にすることができる。これにより、スクリューピン13の中心13cと突き合せ部Nの中心Ncとの位置ずれをより防ぐことができる。また、上部螺旋溝13a及び下部螺旋溝13bが刻設されているため、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
In the second embodiment, since the ratio of the
接合工程を行う際には、板状端部102の表面(化粧面)Saに対して、例えば冷却された気体や液体等を供給可能な冷却装置によって、冷却しながら行うことが好ましい。これにより、板状端部102の変形を抑制して接合精度を向上させることができる。なお、板状端部102の裏面Sb側を冷却しながら接合を行ってもよい。
When performing a joining process, it is preferable to carry out cooling with respect to the surface (decorative surface) Sa of the plate-shaped
また、第二実施形態の回転ツールユニット2に代えて第一実施形態の回転ツールユニット302を用いても、第二実施形態と略同様の効果を奏することができる。
Further, even if the
[第三実施形態]
第三実施形態に係る接合方法では、ボビンツールの螺旋溝の構成及び回転方向が第二実施形態と相違する。第三実施形態の説明においては、第二実施形態と共通する点については、詳細な説明を省略する。[Third embodiment]
In the joining method according to the third embodiment, the configuration and rotation direction of the spiral groove of the bobbin tool are different from those of the second embodiment. In the description of the third embodiment, a detailed description of points common to the second embodiment is omitted.
図17は、第三実施形態に係るボビンツールを示す側面図である。図17に示すように、第三実施形態に係るボビンツール5Aのスクリューピン13の外周面には、上半分に形成された左ネジの上部螺旋溝13aと、下半分に形成された右ネジの下部螺旋溝13bとが刻設されている。つまり、上部螺旋溝13aは上から下に向けて左回りに巻回されるように刻設されており、下部螺旋溝13bは上から下に向けて右回りに巻回されるように刻設されている。
FIG. 17 is a side view showing the bobbin tool according to the third embodiment. As shown in FIG. 17, on the outer peripheral surface of the
ボビンツール5Aのショルダ間距離(スクリューピン13の露出した部分の長さ)Zは、中空形材100Aの板状端部102の板厚T以下になっていることが好ましい。例えば、本実施形態では、ショルダ間距離Zは、中空形材100Aの板状端部102の板厚Tよりも0.4mm小さくなっている。
The distance between shoulders (the length of the exposed portion of the screw pin 13) Z of the
次に、第三実施形態のボビンツール5Aを用いた接合方法ついて説明する。
第三実施形態の接合方法では、図18に示すように、ボビンツール5Aを左回転させて接合を行う。具体的には、この接合方法では、中空形材同士を突き合わせる突き合せ工程と、突き合せ部Nにボビンツール5Aを挿入する接合工程と、を行う。ここでは、表面Saを化粧面として設定する。突合工程は、第二実施形態と同等であるため、説明を省略する。Next, a joining method using the
In the joining method of the third embodiment, as shown in FIG. 18, the
接合工程では、突き合せ部Nの外部において、スクリューピン13の中心13cが、突き合せ部Nの中心Ncと重なるように位置させる。そして、図18に示すように、左回転させたボビンツール5Aを突き合せ部Nに沿って移動させる。ボビンツール5Aが突き合せ部Nに挿入されると、高速回転するスクリューピン13によってスクリューピン13の周囲の金属が摩擦攪拌され板状端部102同士が一体化される。スクリューピン13の軌跡には塑性化領域Wが形成される。
In the joining process, the
この接合方法によれば、摩擦攪拌されて流動化された金属は、スクリューピン13の左ネジの上部螺旋溝13aと、右ネジの下部螺旋溝13bに導かれて板状端部102の中心Ncから表面Sa側及び裏面Sb側にそれぞれ移動する。左ネジの上部螺旋溝13aは25%以上の割合で形成されているため、この螺旋溝による金属の移動によってボビンツール5Aが板状端部102に対してスライド軸4側(上方)に押され、表面(化粧面)Saに深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、表面(化粧面)Saに凹溝Vが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Vが形成されたとしてもその凹溝Vの深さを小さくすることができる。
According to this joining method, the friction stir and fluidized metal is led to the
また、第三実施形態では、上部螺旋溝13aと下部螺旋溝13bの割合が50:50であるため、移動する金属量を均等にすることができる。これにより、スクリューピン13の中心13cと突き合せ部Nの中心Ncとの位置ずれをより防ぐことができる。また、上部螺旋溝13a及び下部螺旋溝13bが刻設されているため、摩擦攪拌の攪拌効率を高めることができる。
In the third embodiment, since the ratio of the
<第一変形例>
第一変形例では、図19の(a)に示すように、板状端部102Aと板状端部102Bとの厚さが異なる点で前記した実施形態と相違する。板状端部102Bの厚さT1は、板状端部102Aの厚さT2よりも大きくなっている。第一変形例では、板状端部102Aの高さ方向の中点と、板状端部102Bの高さ方向の中点とが重なるように突き合わされている。<First modification>
As shown in FIG. 19A, the first modified example is different from the above-described embodiment in that the thickness of the plate-
第一変形例に係る接合工程では、ボビンツール5を右回転させて、板状端部102Bの突き合せ部Nの厚さが大きい方の板状端部102B(金属板)を進行方向に対して左側に配置する。
In the joining step according to the first modified example, the
摩擦攪拌においては、回転ツールを右回転させた場合、ツールの進行方向左側(シアー側:回転ツールの回転速度に回転ツールの移動速度が加算される側)からツールの進行方向右側(フロー側:回転ツールの回転速度に回転ツールの移動速度が減算される側)に塑性流動化された金属が流れる傾向があるため、仮に、金属板同士の間に隙間がある場合には、シアー側の金属でその隙間が埋められると考えられる。したがって、シアー側の金属板の厚さが小さいと、金属が不足して接合後の塑性化領域の中央部の厚さが小さくなる傾向がある。ちなみに、回転ツールを左回転させた場合、ツールの進行方向右側がシアー側、左側がフロー側となる。 In friction agitation, when the rotary tool is rotated to the right, the tool travel direction left side (shear side: side where the rotational speed of the rotary tool is added to the rotational speed of the rotary tool) to the tool travel direction right side (flow side: Since the plasticized metal tends to flow on the side where the moving speed of the rotating tool is subtracted from the rotating speed of the rotating tool), if there is a gap between the metal plates, the metal on the shear side It is thought that the gap is filled. Therefore, when the thickness of the metal plate on the shear side is small, the metal is insufficient and the thickness of the central portion of the plasticized region after joining tends to be small. By the way, when the rotating tool is rotated counterclockwise, the right side of the tool traveling direction is the shear side and the left side is the flow side.
第一変形例では、シアー側にあたる板状端部102Bの厚さT1を板状端部102Aの厚さT2よりも大きくすることで、塑性化領域Wの中央部の金属の不足を解消してより好適に接合することができる。
In the first modified example, the thickness T1 of the plate-
<第二変形例>
第二変形例では、図19の(b)に示すように、板状端部102Cと板状端部102Dとの厚さが異なる点で前記した実施形態と相違する。板状端部102Cの厚さT1は、板状端部102Dの厚さT2よりも大きくなっている。第二変形例では、板状端部102Cの高さ方向の中点と、板状端部102Dの高さ方向の中点とが重なるように突き合わされている。<Second modification>
As shown in FIG. 19B, the second modified example is different from the above-described embodiment in that the plate-
第二変形例に係る接合工程では、ボビンツール5を左回転させて、板状端部102Cの突き合せ部Nの厚さが大きい方の板状端部102C(金属板)を進行方向に対して右側に配置する。
In the joining step according to the second modification, the
第二変形例では、第一変形例と同様の原理により、シアー側にあたる板状端部102Cの厚さT1を板状端部102Dの厚さT2よりも大きくすることで、塑性化領域Wの中央部の金属の不足を解消してより好適に接合することができる。
In the second modified example, the thickness T1 of the plate-
[第四実施形態]
本発明の第四実施形態について説明する。第四実施形態ではダブルスキンパネルを接合する場合を例示する。本実施形態の説明における上下左右前後は、図20の矢印にしたがう。[Fourth embodiment]
A fourth embodiment of the present invention will be described. The case where a double skin panel is joined is illustrated in 4th embodiment. The vertical and horizontal directions in the description of the present embodiment follow the arrows in FIG.
ダブルスキンパネル201は、図20に示すように、金属製の薄い長尺部材であって、外板202と、内板203と、支持板204,204とで主に構成されている。各支持板204は、外板202及び内板203に対して垂直になっている。ダブルスキンパネル201は、左右方向に複数枚接合されることにより、例えば鉄道車両、航空機、船舶及び土木建築構造物等の構造体として用いられる。ダブルスキンパネル201の製造方法は特に制限されないが、本実施形態では押出成形で成形されている。ダブルスキンパネル201の材料は、摩擦攪拌可能な金属であれば特に制限されないが、本実施形態ではアルミニウム合金を用いている。
As shown in FIG. 20, the
外板202は、中央部205と、中央部205から右側に延設された右側板状端部210と、中央部205から左側に延設された左側板状端部220とで構成されている。
The
右側板状端部210は、第一外板厚肉部211と、第一鉤部212と、第一肉盛部213とで構成されている。第一外板厚肉部211は、支持板204に対して垂直になっており、右側に延設されている。第一鉤部212は、鉤状になっており、右側に延設された第一薄肉部214と、第一薄肉部214から垂直に張り出した第一張出部215とで構成されている。第一薄肉部214は、第一外板厚肉部211の3分の一程度の厚さになっている。
The right side plate-
第一張出部215は、第一薄肉部214の先端から内板203側に向けて張り出している。第一張出部215の側部には、内板203側に向かうにつれて支持板204に近づくように傾斜する第一張出傾斜面216が形成されている。第一肉盛部213は、第一外板厚肉部211、第一薄肉部214及び第一張出部215の上面から一定の厚みで上方に突出し、厚肉に形成された部位である。
The
左側板状端部220は、第二外板厚肉部221と、第二鉤部222と、第二肉盛部223とで主に構成されている。第二外板厚肉部221は、支持板204に対して垂直になっており、左側に延設されている。第二鉤部222は、鉤状になっており、左側に延設された第二薄肉部224と、第二薄肉部224に対して垂直に張り出した第二張出部225とで構成されている。第二薄肉部224は、第二外板厚肉部221の3分の一程度の厚さになっている。
The left-side plate-
第二張出部225は、第二薄肉部224の先端から内板203とは反対側に向けて張り出している。第二外板厚肉部221の左端には、内板203側に向かうにつれて支持板204から離間するように傾斜する第二厚肉部傾斜面226が形成されている。第二厚肉部傾斜面226は、第一張出傾斜面216と同じ傾斜角度になっている。第二肉盛部223は、第二外板厚肉部221の上面から一定の厚みで上方に突出し、厚肉に形成された部位である。
The
内板203は、中央部206と、中央部206から右側に延設された右側板状端部230と、中央部206から左側に延設された左側板状端部240とで構成されている。
The
右側板状端部230は、第一内板厚肉部231と、第一肉盛部232と、第一端面233とで構成されている。第一内板厚肉部231は、支持板204に対して垂直になっており、右側に延設されている。第一肉盛部232は、第一内板厚肉部231の先端側の下面から下方に突出し、厚肉になっている部位である。
The right side plate-
左側板状端部240は、第二内板厚肉部241と、第二肉盛部242と、第二端面243とで構成されている。第二内板厚肉部241は、支持板204に対して垂直になっており、左側に延設されている。第二肉盛部242は、第二内板厚肉部241の先端側の下面から下方に突出し、厚肉になっている部位である。
The left plate-
次に、本実施形態で用いる摩擦攪拌装置について説明する。図21,22に示すように、摩擦攪拌装置261は、チャック部261aと、チャック部261aに固定された回転ツールユニット262とで構成されている。チャック部261aは、第二実施形態と同じように摩擦攪拌装置261の本体(図示省略)にボルトで接合されている。
Next, the friction stirrer used in this embodiment will be described. As shown in FIGS. 21 and 22, the
回転ツールユニット262は、ホルダー263と、スライド軸264と、ボビンツール265とで構成されている。
The
ホルダー263は、図22に示すように、スライド軸264を内包するとともに、チャック部261aの内部に取り付けられる部材である。ホルダー263は、円筒状を呈する。ホルダー263には、半径方向に貫通する長孔状のキー溝263bが形成されている。
As shown in FIG. 22, the
スライド軸264は、図22に示すように、円柱状を呈し、ホルダー263の中空部に挿入される部材である。スライド軸264は、ホルダー263に対して上下方向に移動可能になっている。スライド軸264の外面には、外側に向けて突出するキー264aが形成されている。キー264aが、キー溝263bに係合することにより、ホルダー263とスライド軸264とが一体的に回転する。
As shown in FIG. 22, the
ボビンツール265は、図23に示すように、第一ショルダ252と、第二ショルダ253と、第一ショルダ252と第二ショルダ253との間に介設されたスクリューピン254とで構成されている。第一ショルダ252、第二ショルダ253、スクリューピン254はいずれも略円柱状を呈し同軸になっている。ボビンツール265は、スクリューピン254が接合部分を高速回転しながら移動することにより摩擦攪拌接合するツールである。
As shown in FIG. 23, the
第一ショルダ252は、大径部252aと、テーパー部252bと、下端面252cとを備えている。テーパー部252bは、下方に向けて徐々に縮径している。第一ショルダ252の下端面252cには、図示は省略するが、スクリューピン254周りに沿って平面視渦巻き形状の窪みが形成されている。
The
第二ショルダ253は、外面に溝を備えた構成になっている。第二ショルダ253は、大径部253aと、テーパー部253bと、上端面253cとを備えている。テーパー部253bは、上方に向けて徐々に縮径している。大径部253aの直径β1は、大径部252aの直径α1よりも小さくなっている。また、上端面253cの直径β2は、下端面252cの直径α2と同等になっている。
The
スクリューピン254の外面には、左ネジで形成された螺旋溝255が刻設されている。つまり、螺旋溝255は、上から下に向け左回りとなるように巻回されている。スクリューピン254の外径Uは、直径α2及び直径β2よりも小さくなっている。第一ショルダ252は、ナットを介してスライド軸264に接続されている。
On the outer surface of the
ボビンツール265のショルダ間距離(スクリューピン254の露出した部分の長さ)は、接合する部分の板厚(本実施形態では、第一外板厚肉部211と第一肉盛部213との厚さの合計)以下になっていることが好ましい。螺旋溝255の溝の深さや、ピッチ等は摩擦攪拌する金属板の材料や接合する部分の板厚、ショルダ間距離等に応じて適宜設定すればよい。
The distance between the shoulders of the bobbin tool 265 (the length of the exposed portion of the screw pin 254) is the thickness of the portion to be joined (in this embodiment, the first outer plate
摩擦攪拌装置261は、スライド軸264がホルダー263に対して移動可能に形成されているため、接合する金属板が例えば上方に反った際に、その反りに追従してボビンツール265が所定の距離だけ上方に移動するように構成されている。一方、接合する金属板が下方に反った際には、その反りに追従してボビンツール265が所定の距離だけ下方に移動するように構成されている。これにより、摩擦攪拌接合中における金属板に対するボビンツール265の位置ズレを抑制できるようになっている。
Since the
次に、本実施形態に係るダブルスキンパネルの接合方法について説明する。ここでは同形状のダブルスキンパネル201を二本併設して接合する場合を例示する。この接合方法では、準備工程と、接合工程とを行う。
Next, the joining method of the double skin panel which concerns on this embodiment is demonstrated. Here, a case where two
準備工程では、図24に示すように、ダブルスキンパネル201,201を突き合わせてダブルスキンパネルの組立体を形成し、その組立体を移動不能に拘束する。なお、説明においては、一方のダブルスキンパネルを「201A」と付し、他方のダブルスキンパネルを「201B」と付し、それぞれに対応する要素に「A」、「B」と符号を加えて区別する。
In the preparation step, as shown in FIG. 24, the
準備工程では、具体的には、ダブルスキンパネル201Aの第一鉤部212Aとダブルスキンパネル201Bの第二鉤部222Bとを係合させるとともに、第一端面233Aと第二端面243Bとを突き合わせる。これにより、第一鉤部212Aと第二鉤部222Bとが隙間なく係合し、係合部Mが形成される。一方、第一端面233Aと第二端面243Bとが突き合わされて突き合せ部Nが形成される。張出部215Aと張出部225Bとが係合する箇所及び第一端面233Aと第二端面243Bとが突き合わされる箇所の延長線を「センター線C1」とする。
Specifically, in the preparation step, the
準備工程を行うと、第一肉盛部213Aの上面と第二肉盛部223Bの上面とは面一になるとともに、第一外板厚肉部211Aの下面と第二外板厚肉部221Bの下面は面一になる。また、第一内板厚肉部231Aの上面と第二内板厚肉部241Bの上面は面一になるとともに、第一肉盛部232Aの下面と第二肉盛部242Bの下面とは面一になっている。ダブルスキンパネルの組立体を形成したら、この組立体を治具で移動不能に拘束する。
When the preparation step is performed, the upper surface of the first built-up
接合工程では、図25に示すように、ボビンツール265を用いて係合部Mを接合する第一接合工程と、突き合せ部Nを接合する第二接合工程を行う。
In the joining step, as shown in FIG. 25, a first joining step for joining the engaging portion M using the
第一接合工程では、進行方向の左側にダブルスキンパネル201Aが配置されるようにする。そして、右回転させたボビンツール265のスクリューピン254の中心を、センター線C1上における係合部Mの高さ方向の中心に合わせ、係合部Mに突入させる。そして、前側から後側に向けて係合部Mに沿って摩擦攪拌接合を行う。なお、係合部Mにはボビンツール265が移動した軌跡に沿って塑性化領域W1が形成される(図26参照)。
In the first joining step, the
第二接合工程では、図26に示すように、第一接合工程が終えたら、ダブルスキンパネルの組立体を裏返しにして、再度ダブルスキンパネルの組立体を移動不能に拘束する。そして、右回転させたボビンツール265のスクリューピン254の中心を、センター線C1上における突き合せ部Nの高さ方向の中心に合わせ、突き合せ部Nに突入させる。そして、前側から後側に向けて突き合せ部Nに沿って摩擦攪拌接合を行う。突き合せ部Nにはボビンツール265が移動した軌跡に沿って塑性化領域(図示省略)が形成される。以上の工程により、外板202Aと外板202Bとが接合されるとともに、内板203Aと内板203Bとが接合される。
In the second joining step, as shown in FIG. 26, when the first joining step is completed, the assembly of the double skin panel is turned over and the assembly of the double skin panel is restrained so as not to move again. Then, the center of the
以上説明した本実施形態にかかる摩擦攪拌接合方法によれば、外板202Aの第一鉤部212Aと外板202Bの第二鉤部222Bを係合させることにより、摩擦攪拌接合する際にダブルスキンパネル201A,201Bが離間するのを簡易に防ぐことができる。一方、内板203A及び内板203Bには鉤部を設けず第一端面233A及び第二端面243Bを突き合わせることにより、準備工程の作業やダブルスキンパネルの製造を省力化することができる。ダブルスキンパネル201A,201Bが長尺である場合、内板203A及び内板203Bにも鉤部を設けると係合する作業が困難になるが、本実施形態によれば係合作業が容易となる。
According to the friction stir welding method according to the present embodiment described above, the
また、準備工程では、第一鉤部212Aと第二鉤部222Bとを係合させる際に、第一張出傾斜面216Aと第二本体傾斜面226Bとを摺動させながら係合させることができるため、係合作業が容易になる。具体的には、載置されたダブルスキンパネル201Bの上方から、ダブルスキンパネル201Aを降ろす際に、第一張出傾斜面216Aと第二本体傾斜面226Bとを摺動させるだけで、係合させることができる。
In the preparation step, when the
また、第一張出部215Aと第二張出部225Bとを設けることで簡易な構成で係合させることができる。また、肉盛部(213A,223B,232A,242B)を設けることで、摩擦攪拌接合の際に、金属が不足するのを防ぐことができる。本実施形態では、スクリューピン254に左ネジの螺旋溝255が刻設されており、ボビンツール265を右回転させつつ前側から後側に移動させるため、塑性流動化された金属が螺旋溝255に導かれて第二ショルダ253側に移動する傾向がある。したがって、肉盛部(213A,223B,232A,242B)を、外板202A,202B及び内板203A,203Bのうち、第一ショルダ252と対向する側に設けることにより、第一ショルダ252側における金属不足を回避できる。
Further, by providing the
また、突き合せ部Nを先に接合すると、ダブルスキンパネル201A,201Bが離間してしまうおそれがあるが、本実施形態に係る接合工程では、係合部Mを先に接合することで、突き合せ部Nを接合する際に、ダブルスキンパネル201A,201Bが離間するのを防ぐことができる。
In addition, if the butted portion N is bonded first, the
なお、ダブルスキンパネル201A,201Bの形状や係合形態は両者が離間しない形態であれば特に制限されるものではない。本実施形態のように、ダブルスキンパネル201A,201Bの端部が面一になり、かつ、隙間がなくなるように係合することが好ましい。また、一のダブルスキンパネルの外板202の両端に、第一鉤部212,212を設けたものを形成し、他のダブルスキンパネルの外板202の両端に、第二鉤部222,222を設けたものを形成し、これらのダブルスキンパネルを交互に併設して係合及び接合してもよい。また、例えば、図27に示すように、第一張出部215A及び第二張出部225Bの側部に傾斜を設けない形状としてもよい。また、本実施形態では、支持板204は外板202及び内板203に対して垂直に形成したが、斜めであってもよい。
The shape and engagement form of the
<実施例1>
第二実施形態に係る摩擦攪拌装置1(ボビンツール5)を用いて、摩擦攪拌接合される金属板(板状端部)の厚さ及び金属板同士の隙間が接合状態にどのような影響を与えるかを調査するための試験を行った。図28に示すように、摩擦攪拌接合される一対の金属板の試験体(A6063−T5材)については、それぞれ厚さを変化させて試験体H1〜H19まで用意した。「Ad側」とは、ボビンツールの回転方向と進行方向が一致する側を意味する。つまり、ボビンツールが右回転の場合は進行方向左側を意味する。「Re側」とは、ボビンツールの回転方向と進行方向が相違する側を意味する。つまり、ボビンツールが右回転の場は進行方向右側を意味する。<Example 1>
Using the friction stirrer 1 (bobbin tool 5) according to the second embodiment, the influence of the thickness of the metal plate (plate-shaped end) to be friction stir welded and the gap between the metal plates on the joining state. A test was conducted to investigate whether to give. As shown in FIG. 28, a pair of metal plate specimens (A6063-T5 material) to be friction stir welded were prepared from specimens H1 to H19 with varying thicknesses. “Ad side” means a side where the rotation direction and the traveling direction of the bobbin tool coincide. That is, when the bobbin tool rotates clockwise, it means the left side in the traveling direction. The “Re side” means a side where the rotation direction and the traveling direction of the bobbin tool are different. That is, when the bobbin tool rotates clockwise, it means the right side in the traveling direction.
試験体H1〜H7は、金属板の厚さをAd側とRe側とで同一にしている。試験体H8〜H13は、Ad側の金属板を6.0mmに固定し、Re側の金属板の厚さを変化させている。一方、試験体H14〜H19は、Re側の金属板を6.0mmに固定し、Re側の金属板の厚さを変化させている。 In the test bodies H1 to H7, the thickness of the metal plate is the same on the Ad side and the Re side. In the test bodies H8 to H13, the metal plate on the Ad side is fixed to 6.0 mm, and the thickness of the metal plate on the Re side is changed. On the other hand, in the test bodies H14 to H19, the Re-side metal plate is fixed to 6.0 mm, and the thickness of the Re-side metal plate is changed.
金属板同士の隙間は0〜2.0mmまで0.25mmずつ変化させた。試験に使用したボビンツールは、ショルダ外径(ショルダのうち金属板に接触する面の直径)20mm、ピン外径12mm、ショルダ間距離5.8mmに設定した。ボビンツールの回転数は800rpm、移動速度は600/min、回転方向は右回転に設定した。また、このボビンツールは、第二実施形態で記載したように、金属板の反りに追従してボビンツールの高さ位置が変化する形態である。摩擦攪拌接合後、X線透過試験と断面ミクロ組織から品質を判定した。 The gap between the metal plates was changed by 0.25 mm from 0 to 2.0 mm. The bobbin tool used for the test was set to a shoulder outer diameter (diameter of the surface contacting the metal plate of the shoulder) of 20 mm, a pin outer diameter of 12 mm, and a distance between shoulders of 5.8 mm. The rotation speed of the bobbin tool was set to 800 rpm, the moving speed was set to 600 / min, and the rotation direction was set to the right rotation. Further, as described in the second embodiment, this bobbin tool has a form in which the height position of the bobbin tool changes following the warp of the metal plate. After the friction stir welding, the quality was judged from the X-ray transmission test and the cross-sectional microstructure.
図29は、実施例1において、試験体H1の隙間と接合部の厚さとの関係を示したグラフである。図30は、実施例1において、試験体H3の隙間と接合部の厚さとの関係を示したグラフである。実施例1の接合部とは、実施形態における塑性化領域Wと同義である。また、実施例1の接合部の「Ad部」、「Cr部」、「Re部」とは、図16の(b)に示す接合部(塑性化領域W)のAd部、中央部、Re部の各位置を示している。 FIG. 29 is a graph showing the relationship between the gap of the test body H1 and the thickness of the joint in Example 1. FIG. 30 is a graph showing the relationship between the gap of the test body H3 and the thickness of the joint in Example 1. The joint part of Example 1 is synonymous with the plasticized region W in the embodiment. Further, “Ad part”, “Cr part”, and “Re part” of the joint part of Example 1 are the Ad part, the center part, and Re part of the joint part (plasticization region W) shown in FIG. Each position of the part is shown.
図29に示すように、金属板の厚さを6.0mm同士に設定して接合した場合、隙間0.75mm未満ではAd部、Cr部、Re部ともに厚さの減少は小さいが、隙間0.75以上では隙間が増加するに従いAd部、Cr部、Re部ともに厚さが減少した。隙間が1.2mmを超えると接合部の厚さは5.8mm未満になり接合欠陥が発生した。
As shown in FIG. 29, when the thicknesses of the metal plates are set to 6.0 mm and joined, if the gap is less than 0.75 mm, the decrease in the thickness is small in both the Ad part, the Cr part, and the Re part, but the
図30に示すように、金属板の厚さが6.4mm同士に設定して接合した場合、隙間0.75mm未満ではAd部、Cr部、Re部ともに厚さの減少は小さかった。隙間0.75〜1.75までは、Ad部、Cr部、Re部ともに厚さの減少はするが、接合欠陥は発生しなかった。隙間2.0となると著しく接合部の厚さが減少し接合欠陥が発生した。 As shown in FIG. 30, when the metal plates were joined with the thickness set at 6.4 mm, the decrease in thickness was small in the Ad part, Cr part, and Re part when the gap was less than 0.75 mm. In the gaps 0.75 to 1.75, the Ad portion, Cr portion, and Re portion were reduced in thickness, but no junction defect occurred. When the gap was 2.0, the thickness of the joint portion was remarkably reduced and a joint defect was generated.
図29及び図30からは、接合部のCr部の厚さが5.8mm以下になると接合欠陥が発生することがわかった。つまり、金属板同士の間に隙間があっても、塑性流動によって金属が供給されて、接合部のCr部の厚さが、ショルダ間距離と同等の5.8mm未満にならなければ健全に接合されることがわかった。以上のことから、接合部(塑性化領域)の厚さがショルダ間距離以上となるように接合条件を設定する必要がある。 From FIG. 29 and FIG. 30, it was found that when the thickness of the Cr portion of the joint becomes 5.8 mm or less, a joint defect occurs. That is, even if there is a gap between the metal plates, the metal is supplied by plastic flow, and if the thickness of the Cr portion of the joint does not become less than 5.8 mm, which is equivalent to the distance between the shoulders, the joint is soundly joined. I found out that From the above, it is necessary to set the joining conditions so that the thickness of the joint (plasticized region) is equal to or greater than the distance between the shoulders.
図31は、実施例1において、接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ad側の厚さ=Re側の厚さの場合を示す。図中、「○」は接合状況が良好、「×」は接合状況が不良である場合を示す。 FIG. 31 is a table showing the relationship between the thickness of the metal plate and the gap on the bonding quality in Example 1, and shows the case where the thickness on the Ad side = the thickness on the Re side. In the figure, “◯” indicates that the joining condition is good and “×” indicates that the joining condition is poor.
図31によれば、隙間が大きくなったとしても、金属板の厚さが大きくなれば、接合状況が良好になる場合があることがわかった。ただし、金属板の厚さとショルダ間距離との差が0.8mmを越える(本実施例では金属板の厚さを6.6mmより大きくする)と、ショルダ間に発生する内圧が大きくなり、ツール寿命が著しく低下することがわかった。 According to FIG. 31, it was found that even if the gap is increased, if the thickness of the metal plate is increased, the joining condition may be improved. However, if the difference between the thickness of the metal plate and the distance between the shoulders exceeds 0.8 mm (in this embodiment, the thickness of the metal plate is made larger than 6.6 mm), the internal pressure generated between the shoulders increases, and the tool It has been found that the lifetime is significantly reduced.
また、図31によれば、ショルダ間距離5.8mmであり、金属板同士の隙間が0〜0.75mm以下である場合、金属板の厚さが5.8〜6.6mmであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さTとショルダ間距離Zとを0≦T−Z≦0.8mmとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。 Further, according to FIG. 31, when the distance between the shoulders is 5.8 mm and the gap between the metal plates is 0 to 0.75 mm or less, the bonding is performed if the thickness of the metal plate is 5.8 to 6.6 mm. The situation was found to be good. That is, it was found that the joining condition was good if the thickness T of the metal plate and the distance Z between the shoulders were set so as to satisfy 0 ≦ TZ ≦ 0.8 mm.
T−Zの値が0よりも小さくなる場合、つまり、板状端部102の厚さTよりもショルダ間距離Zが大きくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ11及び第二ショルダ12(図16の(a)参照)から溢れやすくなるため、接合部(塑性化領域W)の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。0≦T−Z≦0.8mmとなる場合には、金属板同士の隙間が0〜0.75mmであっても、摩擦攪拌接合の摩擦熱によって金属板の温度が上昇し、金属板が膨張することによって隙間が無くなるため、接合状況が概ね良好であると考えられる。
When the value of TZ is smaller than 0, that is, when the distance Z between the shoulders becomes larger than the thickness T of the plate-
また、図31によれば、ショルダ間距離5.8mmであり、金属板同士の隙間が0〜1.0mm以下である場合、金属板の厚さが6.0〜6.6mmであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さTとショルダ間距離Zとを0.2≦T−Z≦0.8mmとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。T−Zの値が0.2mmよりも小さくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ11及び第二ショルダ12から溢れやすくなるため、接合部の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。
Further, according to FIG. 31, when the distance between the shoulders is 5.8 mm, and the gap between the metal plates is 0 to 1.0 mm or less, the bonding is performed if the thickness of the metal plate is 6.0 to 6.6 mm. The situation was found to be good. That is, it has been found that the joining condition is good if the thickness T of the metal plate and the distance Z between the shoulders are set to satisfy 0.2 ≦ TZ ≦ 0.8 mm. When the value of TZ is smaller than 0.2 mm, the plastic fluidized metal tends to overflow from the
また、図31によれば、ショルダ間距離5.8mmであり、金属板同士の隙間が1.0mmより大きく1.75mm以下である場合、金属板の厚さが6.2mm〜6.6mmであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さTとショルダ間距離Zとを0.4≦T−Z≦0.8mmとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。T−Zの値が0.4mmよりも小さくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ11及び第二ショルダ12から溢れやすくなるため、接合部の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。
Further, according to FIG. 31, when the distance between the shoulders is 5.8 mm and the gap between the metal plates is greater than 1.0 mm and equal to or less than 1.75 mm, the thickness of the metal plate is 6.2 mm to 6.6 mm. If it was, it turned out that the joining condition is favorable. That is, it was found that the joining condition was good if the thickness T of the metal plate and the distance Z between the shoulders were set to satisfy 0.4 ≦ TZ ≦ 0.8 mm. When the value of TZ is smaller than 0.4 mm, the plastic fluidized metal tends to overflow from the
また、図31によれば、ショルダ間距離5.8mmであり、金属板同士の隙間が1.75mmより大きく2.00mm以下である場合、金属板の厚さが6.6mmであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さTとショルダ間距離ZとをT−Z=0.8mmとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。T−Zの値が0.8mmよりも小さくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ11及び第二ショルダ12から溢れやすくなるため、接合部の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。
Further, according to FIG. 31, when the distance between the shoulders is 5.8 mm, and the gap between the metal plates is greater than 1.75 mm and less than or equal to 2.00 mm, the joining situation is obtained if the thickness of the metal plate is 6.6 mm. Was found to be good. In other words, it was found that the joining condition was good if the thickness T of the metal plate and the distance Z between the shoulders were set so that TZ = 0.8 mm. When the value of TZ is smaller than 0.8 mm, the plastic fluidized metal tends to overflow from the
図32は、接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ad側の厚さを変化させ、Re側の厚さを固定した場合を示す。図33は、接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ad側の厚さを固定し、Re側の厚さを変化させた場合を示す。 FIG. 32 is a table showing the relationship between the thickness of the metal plate and the gap on the joining quality, and shows the case where the thickness on the Ad side is changed and the thickness on the Re side is fixed. FIG. 33 is a table showing the relationship between the thickness of the metal plate and the gap on the bonding quality, and shows the case where the thickness on the Ad side is fixed and the thickness on the Re side is changed.
図32に係る試験ではRe側の厚さを6.0mmに固定し、Ad側の厚さを適宜変化させて摩擦攪拌接合を行った。図33に係る試験ではAd側の厚さを6.0mmに固定し、Re側の厚さを適宜変化させて摩擦攪拌接合を行った。つまり、図32及び図33に係る試験では、突き合わせる金属板の左右の厚さを変化させつつ、隙間ごとの接合品質について観察した。 In the test according to FIG. 32, the Re-side thickness was fixed at 6.0 mm, and the Ad-side thickness was changed as appropriate to perform friction stir welding. In the test according to FIG. 33, the thickness on the Ad side was fixed to 6.0 mm, and the thickness on the Re side was appropriately changed to perform friction stir welding. That is, in the test according to FIG. 32 and FIG. 33, the bonding quality for each gap was observed while changing the thickness of the left and right metal plates to be matched.
図32及び図33を対比すると、図32の方が良好である条件が多い。言い換えると、図32に示すように、Re側の金属板を6.0mmに固定し、Ad側の金属板を6.2mm以上に変化させた場合に接合状況が良好になる場合が多い。これは、実施例1ではボビンツールを右回転させているため、塑性流動化した金属は、進行方向左側(Ad側)から右側(Re側)に移動しやすくなり、金属板同士の間に隙間がある場合には、Ad側の金属でその隙間が埋められると考えられる。したがって、図33の条件のように、進行方向左側の金属板の厚さが進行方向右側の金属板の厚さよりも小さいと、接合部の中央の金属が不足して接合不良となる可能性が高い。しかし、図32の条件のように、進行方向左側の金属板の厚さが進行方向右側の金属板の厚さよりも大きいと、接合部の中央の金属不足を補うことができるため、接合状態を良好にすることができる。 When comparing FIG. 32 and FIG. 33, there are many conditions in which FIG. 32 is better. In other words, as shown in FIG. 32, when the Re-side metal plate is fixed to 6.0 mm and the Ad-side metal plate is changed to 6.2 mm or more, the joining condition is often improved. This is because in Example 1, the bobbin tool is rotated to the right, so that the plastic fluidized metal easily moves from the left side (Ad side) to the right side (Re side), and there is a gap between the metal plates. When there is, it is considered that the gap is filled with the metal on the Ad side. Accordingly, if the thickness of the metal plate on the left side in the traveling direction is smaller than the thickness of the metal plate on the right side in the traveling direction as in the condition of FIG. high. However, when the thickness of the metal plate on the left side in the traveling direction is larger than the thickness of the metal plate on the right side in the traveling direction as in the condition of FIG. Can be good.
このことは、図34,35のグラフからも確認できる。プロット点「◆」は、試験体H4(Ad側の厚さ=6.6mm、Re側の厚さ=6.6mm)を示している。プロット点「■」は試験体H10(Ad側の厚さ=6.0mm、Re側の厚さ=6.6mm)を示し、プロット点「●」は試験体H16(Ad側の厚さ=6.6mm、Re側の厚さ=6.0mm)を示している。 This can also be confirmed from the graphs of FIGS. The plotted point “♦” indicates the specimen H4 (Ad side thickness = 6.6 mm, Re side thickness = 6.6 mm). Plot point “■” indicates specimen H10 (Ad side thickness = 6.0 mm, Re side thickness = 6.6 mm), and plot point “●” indicates specimen H16 (Ad side thickness = 6). .6 mm, Re-side thickness = 6.0 mm).
図34の(a)に示すように、接合部のCr部の厚さにおいては、試験体H4,H16,H10の順に小さくなるころがわかる。つまり、Ad側の金属板がRe側よりも薄いと、接合部のCr部の厚さが小さくなることがわかった。 As shown in FIG. 34 (a), it can be seen that in the thickness of the Cr portion of the joint portion, the test pieces H4, H16, and H10 become smaller in order. That is, it was found that when the metal plate on the Ad side is thinner than the Re side, the thickness of the Cr portion of the joint portion is reduced.
図34の(b)に示すように、接合部のAd部の厚さにおいては、試験体H4,H10,H16とも5.8mm前後になっており、接合前の厚さよりも減少していることがわかった。特に、試験体H4,H16を見ると厚さがかなり減少していることがわかった。 As shown in FIG. 34 (b), the thickness of the Ad portion of the joint is about 5.8 mm for all of the specimens H4, H10, and H16, and is smaller than the thickness before joining. I understood. In particular, when the specimens H4 and H16 were observed, it was found that the thickness was considerably reduced.
図35の(a)に示すように、接合部のRe部の厚さにおいては、試験体H10,H16の厚さはさほど相違ないが、H4の厚さは総じて大きいことがわかった。また、図34の(b)と図35の(a)を全体的に対比すると、Ad部よりもRe部の厚さの方が総じて大きいことがわかった。 As shown in FIG. 35A, in the thickness of the Re portion of the joint, the thicknesses of the test specimens H10 and H16 are not so different, but the thickness of H4 is generally large. 34 (b) and FIG. 35 (a) as a whole, it was found that the thickness of the Re portion was generally larger than that of the Ad portion.
図35の(b)に示すように、接合部の平均厚さは、試験体H10,H16,H4の順に大きくなることがわかった。 As shown in (b) of FIG. 35, it was found that the average thickness of the joint portion increased in the order of the test specimens H10, H16, and H4.
図34,35に示すように、試験体H4,H16によれば、試験体H10よりもCr部の厚さを大きくすることができる。ただし、試験体H4によると、接合部の厚さを大きくすることができるが、その分ショルダ間の内圧が大きくなってツールの寿命が低下する可能性が高い。したがって、試験体H16のように、Re側よりもAd側の金属板の厚さを大きくなるように設定することにより、ショルダ間の内圧を低下させつつ、接合部のCr部の厚さを大きくすることができる。 As shown in FIGS. 34 and 35, according to the test bodies H4 and H16, the thickness of the Cr portion can be made larger than that of the test body H10. However, according to the specimen H4, the thickness of the joint can be increased, but the internal pressure between the shoulders is increased accordingly, and the tool life is likely to be reduced. Therefore, like the test body H16, by setting the thickness of the metal plate on the Ad side to be larger than that on the Re side, the thickness of the Cr portion of the joint portion is increased while lowering the internal pressure between the shoulders. can do.
<実施例2>
第二実施形態に係る摩擦攪拌装置1(ボビンツール5)を用いて、摩擦攪拌接合される金属板(板状端部)の厚さ及び金属板同士の隙間が接合状態にどのような影響を与えるかを調査するための試験を行った。金属板同士の隙間は0〜2.0mmまで0.25mmずつ変化させた。試験に使用したボビンツールは、ショルダ外径(ショルダのうち金属板に接触する面の直径)10mm、スクリューピン外径6mm、ショルダ間距離2.8mmに設定した。ボビンツールの回転数は2000rpm、移動速度は1000mm/min、回転方向は右回転に設定した。また、このボビンツールは、第二実施形態で記載したように、金属板の反りに追従してボビンツールの高さ位置が変化する形態である。摩擦攪拌接合後、X線透過試験と断面ミクロ組織から品質を判定した。<Example 2>
Using the friction stirrer 1 (bobbin tool 5) according to the second embodiment, the influence of the thickness of the metal plate (plate-shaped end) to be friction stir welded and the gap between the metal plates on the joining state. A test was conducted to investigate whether to give. The gap between the metal plates was changed by 0.25 mm from 0 to 2.0 mm. The bobbin tool used for the test was set to a shoulder outer diameter (diameter of the surface contacting the metal plate of the shoulder) of 10 mm, a screw pin outer diameter of 6 mm, and a distance between shoulders of 2.8 mm. The rotation speed of the bobbin tool was set to 2000 rpm, the moving speed was set to 1000 mm / min, and the rotation direction was set to right rotation. Further, as described in the second embodiment, this bobbin tool has a form in which the height position of the bobbin tool changes following the warp of the metal plate. After the friction stir welding, the quality was judged from the X-ray transmission test and the cross-sectional microstructure.
摩擦攪拌接合される金属板の試験体(A6063−T5材)については、Ad側とRe側の金属板の厚さを同等としつつ、3.0mm、3.2mm、3.4mmと厚さを変えて試験体を作成した。 For the metal plate specimen (A6063-T5 material) to be friction stir welded, the thicknesses of the metal plate on the Ad side and the Re side are equal to 3.0 mm, 3.2 mm, and 3.4 mm. A test specimen was prepared by changing.
図36は、実施例2において、接合品質に及ぼす金属板の厚さと隙間の関係を示す表であって、Ad側=Re側の場合を示す。図中、「○」は接合状況が良好、「×」は接合状況が不良である場合を示す。 FIG. 36 is a table showing the relationship between the thickness of the metal plate and the gap on the bonding quality in Example 2, and shows the case where Ad side = Re side. In the figure, “◯” indicates that the joining condition is good and “×” indicates that the joining condition is poor.
図36によれば、隙間が大きくなったとしても、ショルダ間距離Zに対する金属板の厚さが大きくなれば、接合状況が良好になる場合があることがわかった。ただし、金属板の厚さとショルダ間距離Zとの差が0.6mmを越える(本実施例では金属板の厚さを3.4mmより大きくする)と、ショルダ間に発生する内圧が大きくなり、ツール寿命が著しく低下することがわかった。 According to FIG. 36, it has been found that even if the gap is increased, the joining condition may be improved if the thickness of the metal plate with respect to the distance Z between the shoulders is increased. However, if the difference between the thickness of the metal plate and the distance Z between the shoulders exceeds 0.6 mm (in this embodiment, the thickness of the metal plate is made larger than 3.4 mm), the internal pressure generated between the shoulders increases, It has been found that the tool life is significantly reduced.
また、図36によれば、ショルダ間距離Zが2.8mmであり、金属板同士の隙間が0.75mm以下である場合、金属板の厚さが3.0mm〜3.4mmであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さTとショルダ間距離Zとを0.2≦T−Z≦0.6mmとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。T−Zの値が0.2mmよりも小さくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ11及び第二ショルダ12から溢れやすくなるため、接合部の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。金属板同士の隙間が0.75mm以下であると、摩擦攪拌接合の摩擦熱によって金属板の温度が上昇し、金属板が膨張することによって隙間が無くなるため、接合状況が概ね良好であると考えられる。
In addition, according to FIG. 36, when the distance Z between the shoulders is 2.8 mm and the gap between the metal plates is 0.75 mm or less, if the thickness of the metal plate is 3.0 mm to 3.4 mm, the bonding is performed. The situation was found to be good. That is, it was found that the joining condition was good if the thickness T of the metal plate and the distance Z between the shoulders were set to satisfy 0.2 ≦ TZ ≦ 0.6 mm. When the value of TZ is smaller than 0.2 mm, the plastic fluidized metal tends to overflow from the
また、図36によれば、ショルダ間距離2.8mmであり、金属板同士の隙間が0.75mmより大きく1.50mm以下である場合、金属板の厚さが3.2〜3.4mmであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さTとショルダ間距離Zとを0.4≦T−Z≦0.6mmとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。T−Zの値が0.4mmよりも小さくなると、塑性流動化された金属が第一ショルダ11及び第二ショルダ12から溢れやすくなるため、接合部の密度が低下する。これにより接合欠陥が生じる可能性が高くなる。
Further, according to FIG. 36, when the distance between the shoulders is 2.8 mm and the gap between the metal plates is greater than 0.75 mm and equal to or less than 1.50 mm, the thickness of the metal plate is 3.2 to 3.4 mm. If it was, it turned out that the joining condition is favorable. That is, it has been found that the joining condition is good if the thickness T of the metal plate and the distance Z between the shoulders are set to satisfy 0.4 ≦ T−Z ≦ 0.6 mm. When the value of TZ is smaller than 0.4 mm, the plastic fluidized metal tends to overflow from the
また、図36によれば、ショルダ間距離2.8mmであり、金属板同士の隙間が1.50mmより大きく1.75mm以下である場合、金属板の厚さが3.4mmであれば接合状況は良好であることがわかった。つまり、金属板の厚さTとショルダ間距離ZとをT−Z=0.6mmとなるように設定すれば接合状況は良好であることがわかった。 In addition, according to FIG. 36, when the distance between the shoulders is 2.8 mm, and the gap between the metal plates is greater than 1.50 mm and equal to or less than 1.75 mm, the thickness of the metal plate is 3.4 mm. Was found to be good. In other words, it was found that the joining condition was good if the thickness T of the metal plate and the distance Z between the shoulders were set to be TZ = 0.6 mm.
また、図36によれば、隙間が2.0mmであると、金属板の厚さを3.4mmとしても接合不良になることがわかった。 In addition, according to FIG. 36, it was found that when the gap was 2.0 mm, bonding failure occurred even when the thickness of the metal plate was 3.4 mm.
<ツール形状>
図37は、実施例1において、ショルダ間距離を5.8mmに固定した場合の各ボビンツールの寸法と接合状況を示した表である。図38は、実施例2において、ショルダ間距離を2.8mmに固定した場合の各ボビンツールの寸法と接合状況を示した表である。図39は、参考例において、ショルダ間距離を11.5mmに固定した場合の各ボビンツールの寸法と接合状況を示した表である。図37,38,39には、抗張力/材料抵抗、抗折力/材料抵抗、材料保持傾向を示した。<Tool shape>
FIG. 37 is a table showing dimensions and joining states of each bobbin tool when the distance between the shoulders is fixed to 5.8 mm in the first embodiment. FIG. 38 is a table showing dimensions and joining states of each bobbin tool when the distance between the shoulders is fixed at 2.8 mm in Example 2. FIG. 39 is a table showing dimensions and joining states of each bobbin tool when the distance between the shoulders is fixed to 11.5 mm in the reference example. 37, 38, and 39 show the tensile strength / material resistance, the bending strength / material resistance, and the material retention tendency.
抗張力/材料抵抗は、Y2/(X2−Y2)で表される。つまり、第一ショルダ11の下面及び第二ショルダ12の上面は、摩擦攪拌の際に塑性流動化された金属によって押圧さるため、スクリューピン13には引張応力が作用する。そこで、抗張力/材料抵抗は、スクリューピン13の外径Yを二乗した値を、第一ショルダ11の下面(第二ショルダ12の上面)の外径X(ショルダのうち金属板に接触する面の直径)を二乗した値からスクリューピン13の外径Yを二乗した値を引いた値(X2−Y2)で除した値で表される。The tensile strength / material resistance is represented by Y 2 / (X 2 −Y 2 ). That is, since the lower surface of the
抗折力/材料抵抗は、Y2/YZで表される。つまり、ボビンツール5が突き合せ部Nを移動する際には、スクリューピン13の軸方向に対して垂直方向の力が作用する。そこで、抗折力/材料抵抗は、スクリューピン13の外径Yを二乗した値を、スクリューピン13の軸を含む断面の断面積YZで除した値で表される。The bending strength / material resistance is represented by Y 2 / YZ. That is, when the
材料保持傾向は、X2/Y2で表される。つまり、摩擦攪拌の際に塑性流動化された金属は第一ショルダ11の下面及び第二ショルダ12の上面によって保持される。そこで、材料保持傾向は、第一ショルダ11(第二ショルダ12)の外径X(ショルダのうち金属板に接触する面の直径)を二乗した値を、スクリューピン13の外径Yを二乗した値で除して表される。The material retention tendency is represented by X 2 / Y 2 . That is, the metal fluidized plastically during the friction stirring is held by the lower surface of the
図37,38,39を勘案すると、材料保持傾向(X2/Y2)が2.0以下であると接合欠陥が発生し易く、2.0よりも大きくなると接合欠陥が発生しないことがわかった。材料保持傾向(X2/Y2)が2.0以下であると、第一ショルダ11(第二ショルダ12)の外径Xに対するスクリューピン13の外径Yが太いため、金属を押えるショルダの面積が小さくなり、摩擦攪拌された金属を十分に押えることができず、金属がバリとなってショルダの外部から溢れ出てしまうためであると考えられる。一方、材料保持傾向(X2/Y2)が2.0より大きいと、スクリューピン13の外径Yに対して、第一ショルダ11(第二ショルダ12)の外径Xが大きいため、塑性流動化した金属を両ショルダで十分に押えることができる。これにより、接合欠陥が発生しにくいと考えられる。Considering FIGS. 37, 38, and 39, it is found that when the material retention tendency (X 2 / Y 2 ) is 2.0 or less, a bonding defect is likely to occur, and when it is larger than 2.0, the bonding defect is not generated. It was. If the material retention tendency (X 2 / Y 2 ) is 2.0 or less, the outer diameter Y of the
また、図37,38,39を勘案すると、抗張力/材料抵抗(Y2/(X2−Y2))が0.2以下であるとピンが破損し易いことがわかった。これは、抗張力/材料抵抗(Y2/(X2−Y2))が0.2以下であると、ショルダ外径Xに対するピン外径Yが小さくなるため、接合時にツール軸方向に発生する材料抵抗に対するピンの抗張力が不十分となり、スクリューピン13が折れ易くなると考えられる。抗張力/材料抵抗(Y2/(X2−Y2))が0.2より大きいと、ショルダ外径Xに対するピン外径Yが大きくなるため、スクリューピン13が折れにくくなると考えられる。37, 38, and 39, it was found that if the tensile strength / material resistance (Y 2 / (X 2 −Y 2 )) is 0.2 or less, the pin is easily damaged. This occurs when the tensile strength / material resistance (Y 2 / (X 2 −Y 2 )) is 0.2 or less, because the pin outer diameter Y with respect to the shoulder outer diameter X becomes smaller, so that it occurs in the tool axis direction during joining. It is considered that the tensile strength of the pin against the material resistance becomes insufficient and the
また、図37,38,39を勘案すると、抗折力/材料抵抗(Y2/YZ)が1.2以下であるとスクリューピン13が破損し易いことがわかった。これは、抗折力/材料抵抗(Y2/YZ)が1.2以下であると、ショルダ間距離(ピンの長さ)Zに対するピン外径Yが小さくなるため、接合時にツール進行方向とは逆向きに流れる材料の抵抗に対するピンの抗折力が不十分となり、スクリューピン13が折れ易くなると考えられる。抗折力/材料抵抗(Y2/YZ)が1.2より大きいと、ショルダ間距離(ピンの長さ)Zに対するピン外径Yが大きくなるため、スクリューピン13が折れにくくなると考えられる。37, 38, and 39, it was found that the
また、図37,38,39を勘案すると、抗張力/材料抵抗(Y2/(X2−Y2))が0.2以下であるか、又は抗折力/材料抵抗(Y2/YZ)が1.2以下である場合、ピンの破損が起こった。しかしながら、抗張力/材料抵抗(Y2/(X2−Y2))が0.2より大きく、かつ、抗折力/材料抵抗(Y2/YZ)が1.2より大きい場合、ピンの破損は起こらなかった。よって、接合時のボビンツールのピンの破損を防止するためには、ショルダ外径X、ピン外径Y及びショルダ間距離(ピンの長さ)Zについて、以下の式(1)、(2)の両方を満たすようにボビンルーツの形状を設計することが好ましいと結論づけられる。
Y2/(X2−Y2)>0.2・・・・(1)
Y2/YZ>1.2・・・・・・・・(2)Further, when considering the Figure 37, 38, 39, tensile strength / material resistance (Y 2 / (X 2 -Y 2)) or of 0.2 or less, or transverse rupture strength /
Y 2 / (X 2 −Y 2 )> 0.2 (1)
Y 2 /YZ>1.2 (2)
<実施例3>
実施例3では、ボビンツールのスクリューピンの刻設された螺旋溝の割合及び螺旋溝の巻回方向が接合後の金属板にどのような影響を及ぼすか調査した。図16の(a)を参照するように、ボビンツールの回転方向をスライド軸側から見て右回転に設定した。また、右ネジの上部螺旋溝13aと左ネジの下部螺旋溝13bとの割合を変化させて5種類の条件A〜Eを設定し摩擦攪拌接合を行った。<Example 3>
In Example 3, it was investigated how the ratio of the spiral groove engraved with the screw pin of the bobbin tool and the winding direction of the spiral groove affect the metal plate after joining. As shown in FIG. 16A, the rotation direction of the bobbin tool was set to right rotation when viewed from the slide shaft side. Friction stir welding was performed by changing the ratio of the
条件Aでは、右ネジの上部螺旋溝13aと左ネジの下部螺旋溝13bとの割合を0:100に設定した(右ネジ無し)。
条件Bでは、右ネジの上部螺旋溝13aと左ネジの下部螺旋溝13bとの割合を25:75に設定した。
条件Cでは、右ネジの上部螺旋溝13aと左ネジの下部螺旋溝13bとの割合を50:50に設定した。
条件Dでは、右ネジの上部螺旋溝13aと左ネジの下部螺旋溝13bとの割合を75:25に設定した。
条件Eでは、右ネジの上部螺旋溝13aと左ネジの下部螺旋溝13bとの割合を100:0に設定した(左ネジ無し)。In the condition A, the ratio of the
In Condition B, the ratio of the
In the condition C, the ratio of the
In the condition D, the ratio of the
In the condition E, the ratio of the
実施例3では、板厚Tが6.2mmのアルミニウム合金の金属板(A6063−T5)を二枚用意してこれらを接合した。ボビンツール5の第一ショルダ11及び第二ショルダ12の外径X(ショルダのうち金属板に接触する面の直径)は20mm、スクリューピン13の外径Yは12mm、ショルダ間距離Zは5.8mmに設定した。螺旋溝の深さは0.81mmに設定した。ボビンツール5の回転数は800rpm、接合速度は600mm/minに設定した。また、各条件において、突き合せ部Nの隙間との関係を調査するために、隙間を0mm、1.25mm、1.50mm、1.75mm、2.00mmと変えて試験を行った。
In Example 3, two aluminum alloy metal plates (A6063-T5) having a plate thickness T of 6.2 mm were prepared and joined. The outer diameter X of the
図40は、実施例3において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響(突き合せ部の隙間0mm)を示したグラフである。図41は、実施例3において、金属板の段差に及ぼすネジ比率の影響(突き合せ部の隙間1.5mm)を示したグラフである。段差は、接合前の金属板の表面を基準(基準=0)として、接合後の各所の高さ位置を示している。段差がプラス値である場合は凸状になっており、マイナス値である場合は凹状(凹溝)になっていることを示している。
FIG. 40 is a graph showing the influence of the screw ratio on the level difference of the metal plate (
図40に示すように、「▲」で示す表面SaのRe側は、条件A〜Eにおいて、プラスの値を示している。つまり、表面SaのRe側は、常に凸状になっている。 As shown in FIG. 40, the Re side of the surface Sa indicated by “▲” shows a positive value in the conditions A to E. That is, the Re side of the surface Sa is always convex.
一方、「◆」で示す表面SaのAd側は、条件Aにおいて、大きなマイナス値を示している。つまり、条件Aにおいて、表面SaのAd側は、大きく凹状になっている。そして、「◆」で示す表面SaのAd側は、右ネジの割合が大きくなるにつれて、表面SaのAd側の凹みが徐々に小さくなり、条件Eでは凸状になっている。 On the other hand, the Ad side of the surface Sa indicated by “♦” shows a large negative value in the condition A. That is, in the condition A, the Ad side of the surface Sa is greatly concave. Then, on the Ad side of the surface Sa indicated by “♦”, the dent on the Ad side of the surface Sa gradually decreases as the ratio of the right-hand thread increases.
他方、「■」で示す裏面SbのAd側は、条件Aにおいて、大きなプラス値を示している。つまり、条件Aにおいて、裏面SbのAd側は、大きく凸状になっている。そして、「■」で示す裏面SbのAd側は、右ネジの割合が大きくなるにつれて、裏面SbのAd側の凹みが徐々に大きくなり、条件D、条件Eでは凹状になっている。つまり、「◆」で示す表面SaのAd側と、「■」で示す裏面SbのAd側は、右ネジの割合に応じて相反する関係にある。また、「◆」で示す表面SaのAd側と、「■」で示す裏面SbのAd側は、条件C(50:50)でもわずかに凹状になっている。 On the other hand, the Ad side of the back surface Sb indicated by “■” shows a large positive value in the condition A. That is, in the condition A, the Ad side of the back surface Sb is greatly convex. Then, on the Ad side of the back surface Sb indicated by “■”, the dent on the Ad side of the back surface Sb gradually increases as the ratio of the right-hand thread increases, and the conditions D and E are concave. That is, the Ad side of the front surface Sa indicated by “♦” and the Ad side of the back surface Sb indicated by “■” have a contradictory relationship according to the ratio of the right-hand thread. Further, the Ad side of the front surface Sa indicated by “♦” and the Ad side of the back surface Sb indicated by “■” are slightly concave under the condition C (50:50).
図40と図41とを対比すると、突き合せ部の隙間を1.5mmにしても、突き合せ部の隙間が0mmである場合とさほど段差の傾向は変わらないことがわかる。図41の「▲」で示す表面SaのRe側の値及び「●」で示す裏面SbのRe側の値は、図40と比べると全体的に小さくなっていることがわかる。 Comparing FIG. 40 and FIG. 41, it can be seen that even if the gap of the butted portion is 1.5 mm, the tendency of the step is not so different from when the gap of the butted portion is 0 mm. It can be seen that the value on the Re side of the front surface Sa indicated by “▲” in FIG. 41 and the value on the Re side of the back surface Sb indicated by “●” are generally smaller than those in FIG.
図42は、実施例3に係る条件Aの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図43は、実施例3に係る条件Bの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図44は、実施例3に係る条件Cの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図45は、実施例3に係る条件Dの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図46は、実施例3に係る条件Eの塑性化領域を突き合せ部の隙間別に示す図である。図42〜46における各図の左欄は塑性化領域Wのマクロ組織観察を行った断面図を示し、中欄は塑性化領域Wの表面(化粧面)Sa側の平面図を示し、右欄は塑性化領域Wの裏面Sb側の平面図を示す。 FIG. 42 is a diagram illustrating the plasticized region of the condition A according to the third embodiment for each gap between the butted portions. FIG. 43 is a diagram illustrating the plasticized region of the condition B according to the third embodiment for each gap of the butted portion. FIG. 44 is a diagram illustrating the plasticized region of the condition C according to the third embodiment for each gap between the butted portions. FIG. 45 is a diagram illustrating the plasticized region of the condition D according to the third embodiment for each gap between the butted portions. FIG. 46 is a diagram illustrating the plasticized region of the condition E according to the third embodiment for each gap between the butted portions. 42 to 46, the left column of each figure shows a cross-sectional view of macroscopic observation of the plasticized region W, the middle column shows a plan view on the surface (decorative surface) Sa side of the plasticized region W, and the right column These show the top view of the back surface Sb side of the plasticization area | region W. FIG.
図42の左欄に示すように、条件Aの場合、表面(化粧面)Sa側には大きな凹溝Vが形成されているが、裏面Sb側には凹溝Vが無い。突き合せ部の隙間が1.75mm、2.00mmでは表面Sa側に接合欠陥Qが形成されている。塑性化領域Wは、裏面Sbに向けて徐々に幅広になるようになっている。塑性化領域Wの縞模様は、左右非対称になっている。塑性化領域WのRe側よりもAd側の方が縞模様が濃くなっている。また、図42では、金属板の表面Sa側に比べて裏面Sb側の方がバリPが少ない。 As shown in the left column of FIG. 42, in the case of Condition A, a large groove V is formed on the front surface (decorative surface) Sa side, but there is no groove V on the back surface Sb side. When the gap between the butted portions is 1.75 mm and 2.00 mm, a bonding defect Q is formed on the surface Sa side. The plasticized region W is gradually widened toward the back surface Sb. The striped pattern in the plasticized region W is asymmetrical. The striped pattern is darker on the Ad side than on the Re side of the plasticized region W. Further, in FIG. 42, the burr P is less on the back surface Sb side than on the front surface Sa side of the metal plate.
図43の左欄に示すように、条件Bの場合、表面(化粧面)Sa側には条件Aに比べて小さな凹溝Vが形成されているが、裏面Sb側には凹溝Vが無い。突き合せ部の隙間が2.00mmでは金属板の内部に接合欠陥Qが形成されている。塑性化領域Wの縞模様は、左右非対称になっている。塑性化領域WのRe側よりもAd側の方が縞模様が濃くなっている。図43の条件Bの裏面Sbと図42の条件Aの裏面Sbとを対比すると、条件Bの方がバリPが多く発生し面が荒くなっている。 As shown in the left column of FIG. 43, in the case of condition B, a small groove V is formed on the front surface (decorative surface) Sa side compared to condition A, but there is no groove V on the back surface Sb side. . When the gap between the butted portions is 2.00 mm, a bonding defect Q is formed inside the metal plate. The striped pattern in the plasticized region W is asymmetrical. The striped pattern is darker on the Ad side than on the Re side of the plasticized region W. When the back surface Sb of the condition B in FIG. 43 is compared with the back surface Sb of the condition A in FIG. 42, more burr P is generated and the surface is rough in the condition B.
図44の左欄に示すように、条件Cの場合、表面(化粧面)Sa側には小さな凹溝Vが形成されており、裏面Sb側にも小さな凹溝Vが形成されている。突き合せ部の隙間が2.0mmでは金属板の内部に接合欠陥Qが形成されている。塑性化領域Wの上下の縞模様及び左右の縞模様はそれぞれ略対称になっている。図44の条件Cの表面Saと図43の条件Bの表面Saとを対比すると、条件Cの表面Saの方が凹溝Vの深さが若干小さい。また、条件Cの表面Saには、バリPがほぼ無い。また、条件Cの裏面Sbには、Ad側よりもRe側の方がバリPが多く発生している。 As shown in the left column of FIG. 44, in the case of Condition C, a small groove V is formed on the front surface (decorative surface) Sa side, and a small groove V is formed on the back surface Sb side. When the gap between the butted portions is 2.0 mm, a bonding defect Q is formed inside the metal plate. The upper and lower stripe patterns and the left and right stripe patterns in the plasticized region W are substantially symmetrical. When the surface Sa of the condition C in FIG. 44 is compared with the surface Sa of the condition B in FIG. 43, the depth of the groove V is slightly smaller in the surface Sa in the condition C. Further, the surface Sa of the condition C has almost no burrs P. Further, on the back surface Sb of the condition C, more burrs P are generated on the Re side than on the Ad side.
図45の左欄に示すように、条件Dの場合、表面(化粧面)Sa側には凹溝Vが形成されておらず、裏面Sb側には小さな凹溝Vが形成されている。突き合せ部の隙間2.00mmでは、金属板の内部に接合欠陥Qが形成されている。また、表面Saよりも裏面Sbの方がバリPが多く発生している。 As shown in the left column of FIG. 45, in the case of Condition D, the concave groove V is not formed on the front surface (decorative surface) Sa side, and the small concave groove V is formed on the rear surface Sb side. At a gap of 2.00 mm between the butted portions, a bonding defect Q is formed inside the metal plate. Further, more burrs P are generated on the back surface Sb than on the front surface Sa.
図46の左欄に示すように、条件Eの場合、表面(化粧面)Sa側には凹溝Vが形成されておらず、Sb側には大きな凹溝Vが形成されている。突き合せ部の隙間1.75mm、隙間2.00mmでは、金属板の内部に接合欠陥Qが形成されている。塑性化領域Wは裏面Sbに向けて徐々に幅狭になるようになっている。裏面SbにはバリPが多く発生しているのに対し、表面SaにはバリPが発生していない。 As shown in the left column of FIG. 46, in the case of condition E, the concave groove V is not formed on the surface (decorative surface) Sa side, and the large concave groove V is formed on the Sb side. When the gap between the butted portions is 1.75 mm and the gap is 2.00 mm, a bonding defect Q is formed inside the metal plate. The plasticized region W is gradually narrowed toward the back surface Sb. Many burrs P are generated on the back surface Sb, whereas no burrs P are generated on the front surface Sa.
図47は、実施例3の結果をまとめた表である。各要素の符号は、第二実施形態の符号をそのまま参照するものとする。図47の条件Aの概念図に示すように、右回転で左ネジを100%の範囲で設けると、流動化した金属は螺旋溝に導かれて裏面Sb側に移動する。この金属の移動によって、ボビンツール5の第二ショルダ12が押され、金属板に対してボビンツール5がスライド軸4とは反対側(裏面Sb側)に移動する。これにより、ボビンツール5が表面(化粧面)Sa側に深く入り込むため表面Sa側には大きな凹溝Vが形成される。
FIG. 47 is a table summarizing the results of Example 3. The reference numerals of the elements refer to the reference numerals of the second embodiment as they are. As shown in the conceptual diagram of the condition A in FIG. 47, when the left screw is provided in the range of 100% by clockwise rotation, the fluidized metal is guided to the spiral groove and moves to the back surface Sb side. By this movement of the metal, the
一方、図47の条件B〜Eに示すように、上部螺旋溝13aとして右ネジ部分を25%以上設ける場合には、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール5がスライド軸4側(上方)に押され、金属板の表面Sa(化粧面)にボビンツール5が深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、表面Sa(化粧面)に凹溝Vが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Vが形成されたとしてもその凹溝Vの深さを小さくすることができる。これにより、接合後の金属板の表面Saを平滑にするための仕上げ処理の手間を少なくすることができる。ただし、条件B、条件Cにおいては突き合せ部の隙間2.00mmの場合、条件D、条件Eにおいては突き合せ部の隙間1.75mm、隙間2.00mmの場合は接合欠陥Qが発生するため不適切である。これは、突き合せ部の隙間が大きいと接合部分の金属材料が減少するためと考えられる。
On the other hand, as shown in the conditions B to E in FIG. 47, when the
なお、例えば条件Eのように、右回転で右ネジが100%刻設されている場合において、ボビンツール5が板状端部102に対して上方に移動して第一ショルダ11の下面の高さ位置が板状端部102の摩擦攪拌前の表面(化粧面)Saよりも上方に位置し、第一ショルダ11の下面の高さ位置と板状端部102の摩擦攪拌前の表面Saとの隙間が大きい場合は金属の押さえが不十分になるが、第一ショルダ11の下面の高さ位置と板状端部102の摩擦攪拌前の表面Saとの隙間が微小である場合は、金属を十分に押えることができる。
For example, as in condition E, when the right screw is engraved 100% by rotating to the right, the
また、第一ショルダ11の下面の高さ位置と板状端部102の摩擦攪拌前の表面Saとの隙間が微小である場合は、塑性化領域Wが摩擦攪拌前の表面Saよりもわずかに突出することになる。しかし、板状端部102の表面Saを平滑にする処理は摩擦攪拌前の表面Saの高さに合わせてその突出した部分を切削すればよいため仕上げ処理が容易になる。
Further, when the gap between the height position of the lower surface of the
前記した第二実施形態では、上部螺旋溝13aと下部螺旋溝13bとはショルダ間距離Zに対して50:50の割合で形成されているが、化粧面を表面Saに設定し、ボビンツール5を右回転する場合、第一ショルダ11側の右ネジの上部螺旋溝13aと第二ショルダ12側の左ネジの下部螺旋溝13bとがショルダ間距離Zに対して25:75〜100:0の割合で形成されていることが好ましい。つまり、右ネジの上部螺旋溝13aは、第一ショルダ11側において、ショルダ間距離Zに対して25%以上の部分に形成され、上部螺旋溝13a以外の部分の全てが左ネジの下部螺旋溝13bとなるように形成されていてもよい。ボビンツール5を右回転させる場合は、左ネジを設けずに、スクリューピン13の軸方向の全長にわたって右ネジを設けてもよい。
In the second embodiment described above, the
また、実施例3では、表面Sa側を化粧面として設定したが、裏面Sb側を化粧面として設定してもよい。この場合は、図47を参照するように、ボビンツール5の回転方向、螺旋溝の巻回方向を条件A,B,C,Dのように設定することで、裏面Sb(化粧面)側の凹溝Vが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Vが形成されたとしてもその凹溝Vの深さを小さくすることができる。
Moreover, in Example 3, although the surface Sa side was set as a decorative surface, you may set the back surface Sb side as a decorative surface. In this case, as shown in FIG. 47, by setting the rotation direction of the
つまり、ボビンツール5を右回転させつつ裏面Sb側を化粧面として設定する場合は、金属板の端面同士を突き合わせる突き合わせ工程と、第二ショルダ12と金属板の化粧面とを対向させ、かつ、スクリューピン13の軸方向の中心と金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、突き合せ部Nに右回転させたボビンツール5のスクリューピン13を移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離Zを金属板の板厚以下に設定するとともに、スクリューピン13の外周面の第二ショルダ12側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝がショルダ間距離Zに対して25%以上の割合で形成されていることが好ましい。
That is, when setting the back surface Sb side as the decorative surface while rotating the
かかる接合方法によれば、第二ショルダ12側の左ネジは25%以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール5がスライド軸4とは反対側(下方)に押され、金属板の裏面(化粧面)Sbにボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、化粧面に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
According to such a joining method, since the left screw on the
図48は、ボビンツールを左回転させる場合の概念をまとめた表である。
条件Fでは、左ネジの上部螺旋溝13aと右ネジの下部螺旋溝13bとの割合を0:100に設定した(左ネジ無し)。
条件Gでは、左ネジの上部螺旋溝13aと右ネジの下部螺旋溝13bとの割合を25:75に設定した。
条件Hでは、左ネジの上部螺旋溝13aと右ネジの下部螺旋溝13bとの割合を50:50に設定した。
条件Iでは、左ネジの上部螺旋溝13aと右ネジの下部螺旋溝13bとの割合を75:25に設定した。
条件Jでは、左ネジの上部螺旋溝13aと右ネジの下部螺旋溝13bとの割合を100:0に設定した(右ネジ無し)。FIG. 48 is a table summarizing the concept when the bobbin tool is rotated counterclockwise.
In the condition F, the ratio of the
In the condition G, the ratio of the left spiral
In the condition H, the ratio of the left spiral
In Condition I, the ratio of the left spiral
In the condition J, the ratio of the
第三実施形態で示したように、左回転させる場合は、上部螺旋溝13aに左ネジを設け、下部螺旋溝13bに右ネジを設けたボビンツール5Aを用いる。ボビンツール5Aを左回転させる場合は、第二実施形態のボビンツール5とはネジの巻回方向が異なるため、結果的に実施例3と同等の作用効果を示す。つまり、条件G〜条件Jに示すように、摩擦攪拌されて流動化された金属は、スクリューピン13の左ネジの上部螺旋溝13aに導かれて第一ショルダ11側に移動し、右ネジの下部螺旋溝13bに導かれて第二ショルダ12側に移動する。左ネジは25%以上の割合で形成されているため、左ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール5Aがスライド軸4側(上方)に押され、金属板の表面(化粧面)Saにボビンツール5Aが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、表面(化粧面)Saに凹溝Vが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Vが形成されたとしてもその凹溝Vの深さを小さくすることができる。これにより、接合後の金属板の表面Saを平滑にするための仕上げ処理の手間を少なくすることができる。
As shown in the third embodiment, when rotating counterclockwise, a
なお、例えば条件Jのように、左回転で左ネジが100%刻設されている場合において、ボビンツール5が板状端部102に対して上方に移動して第一ショルダ11の下面の高さ位置が板状端部102の摩擦攪拌前の表面Saよりも上方に位置し、第一ショルダ11の下面の高さ位置と板状端部102の摩擦攪拌前の表面Saとの隙間が大きい場合は金属の押さえが不十分になるが、第一ショルダ11の下面の高さ位置と板状端部102の摩擦攪拌前の表面Saとの隙間が微小である場合は、金属を十分に押えることができる。
Note that, for example, when the left screw is engraved 100% by left rotation as in Condition J, the
また、第一ショルダ11の下面の高さ位置と板状端部102の摩擦攪拌前の表面Saとの隙間が微小である場合は、塑性化領域Wが摩擦攪拌前の表面Saよりもわずかに突出することになる。しかし、板状端部102の表面Saを平滑にする処理は摩擦攪拌前の表面Saの高さに合わせてその突出した部分を切削すればよいため仕上げ処理が容易になる。
Further, when the gap between the height position of the lower surface of the
前記した第三実施形態では、上部螺旋溝13aと下部螺旋溝13bとはショルダ間距離Zに対して50:50の割合で形成されているが、化粧面を表面Saに設定し、ボビンツール5Aを左回転する場合、第一ショルダ11側の左ネジの上部螺旋溝13aと第二ショルダ12側の右ネジの下部螺旋溝13bとがショルダ間距離Zに対して25:75〜100:0の割合で形成されていることが好ましい。つまり、左ネジの上部螺旋溝13aは、第一ショルダ11側において、ショルダ間距離Zに対して25%以上の部分に形成され、上部螺旋溝13a以外の部分の全てが右ネジの下部螺旋溝13bとなるように形成されていてもよい。ボビンツール5Aを左回転させる場合は、右ネジを設けずに、スクリューピン13の軸方向の全長にわたって左ネジを設けてもよい。
In the third embodiment described above, the
なお、表面Sa側を化粧面として設定したが、裏面Sb側を化粧面として設定してもよい。この場合は、図48を参照するように、ボビンツール5の回転方向、螺旋溝の巻回方向を条件F,G,H,Iのように設定することで、裏面Sb(化粧面)側の凹溝Vが発生するのを防ぐか、又は、凹溝Vが形成されたとしてもその凹溝Vの深さを小さくすることができる。
Although the front surface Sa side is set as a decorative surface, the back surface Sb side may be set as a decorative surface. In this case, as shown in FIG. 48, by setting the rotation direction of the
つまり、ボビンツール5Aを左回転させつつ裏面Sb側を化粧面として設定する場合は、金属板の端面同士を突き合わせる突き合わせ工程と、第二ショルダ12と金属板の化粧面とを対向させ、かつ、スクリューピン13の軸方向の中心と金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、突き合せ部Nに左回転させたボビンツール5Aのスクリューピン13を移動させて摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、ショルダ間の距離Zを金属板の板厚以下に設定するとともに、スクリューピン13の外周面の第二ショルダ12側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝がショルダ間距離Zに対して25%以上の割合で形成されていることが好ましい。
That is, when setting the back surface Sb side as the decorative surface while rotating the
かかる接合方法によれば、第二ショルダ12側の右ネジは25%以上の割合で形成されているため、右ネジの螺旋溝による金属の移動によってボビンツール5Aがスライド軸4とは反対側(下方)に押され、金属板の裏面(化粧面)Sbにボビンツールが深く入り込むのを防ぐことができる。これにより、裏面(化粧面)に凹溝が発生するのを防ぐか、又は、凹溝が形成されたとしてもその凹溝の深さを小さくすることができる。
According to such a joining method, since the right screw on the
<実施例4>
次に、本発明の実施例4について説明する。図49は、実施例4の係合形態又は突き合わせ形態を示した正面図であって、(a)はタイプI、(b)はタイプII、(c)はタイプIIIを示す。実施例4では、3種類の供試体を用意して、タイプI、タイプII及びタイプIIIの部分のみにそれぞれ摩擦攪拌接合を行い、接合後のそれぞれの角変形を調査した。<Example 4>
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIGS. 49A and 49B are front views showing an engagement form or a butting form of Example 4, wherein FIG. 49A shows type I, FIG. 49B shows type II, and FIG. 49C shows type III. In Example 4, three types of specimens were prepared, and friction stir welding was performed only on the type I, type II, and type III portions, and the respective angular deformations after the welding were investigated.
タイプI〜IIIは、アルミニウム合金6N01−T5材からなるダブルスキンパネル201A,201Bであって、図20及び図49を参照するように、外板厚肉部(第一外板厚肉部211、第二外板厚肉部221)の板厚a=3mm、肉盛部(肉盛部213,223,232,242)の厚さ寸法b=0.5mm、支持板204から第一端面33までの長さc及び支持板204から第二端面43までの長さc=15mm、外板202の上面から内板203の下面までの長さd=30mm、左右幅寸法e=200mm、延長寸法5000mmに設定されている。
Types I to III are
ボビンツール265は、図23を参照するように、第一ショルダ252の下端面252cの直径α2=10mm、第二ショルダ253の上端面253cの直径β2=10mm、第二ショルダ253の直径β1=15mm、スクリューピン254の外径U=6mmに設定されている。第一ショルダ252から第二ショルダ253までの長さ(スクリューピン254の露出した部分の長さ)は2.9mmに設定されている。第一ショルダ252の下端面252cに形成された窪み(図示省略)の形状は平面視渦巻き状であって、窪みの深さは0.3mm、窪みのピッチは1.2mmに設定されている。ボビンツール265は、右回転に設定し、タイプI〜IIIとも図49の(a)〜(c)の紙面表側から裏側に向けて移動させる。ボビンツール265の回転速度は2000rpm、移動速度は1000mm/minに設定した。
As shown in FIG. 23, the
タイプIは、図49の(a)に示すように、ボビンツール265の進行方向の左側にダブルスキンパネル201Aを、右側にダブルスキンパネル201Bを配置し、第一鉤部212Aと第二鉤部222Bとを係合させている。
タイプIIは、図49の(b)に示すように、ボビンツール265の進行方向の右側にダブルスキンパネル201Aを、左側にダブルスキンパネル201Bを配置し、第一鉤部212Aと第二鉤部222Bとを係合させている。
タイプIIIは、図49の(c)に示すように、ボビンツール265の進行方向の左側にダブルスキンパネル201Aを配置し、右側にダブルスキンパネル201Bを配置し、第一端面233Aと第二端面243Bとを突き合わせている。In type I, as shown in FIG. 49 (a), the
In Type II, as shown in FIG. 49 (b), the
In type III, as shown in FIG. 49 (c), the
図50は、タイプIの角変形結果を示したグラフである。図51は、タイプIIの角変形結果を示したグラフである。図52は、タイプIIIの角変形結果を示したグラフである。横軸は、接合された各供試体の左側端からの幅方向の長さを示している。幅方向=200mmとは、センター線C1の位置を示している。縦軸は、各供試体における任意の基準点からの接合後の高さを示している。各供試体の前端から延長方向の距離50mm、200mm、400mm、600mm、800mm、950mmにおける各地点の高さを計測した。 FIG. 50 is a graph showing the result of type I angular deformation. FIG. 51 is a graph showing the result of type II angular deformation. FIG. 52 is a graph showing the results of type III angular deformation. The horizontal axis indicates the length in the width direction from the left end of each joined specimen. The width direction = 200 mm indicates the position of the center line C1. The vertical axis represents the height after joining from an arbitrary reference point in each specimen. The height of each point was measured at distances of 50 mm, 200 mm, 400 mm, 600 mm, 800 mm, and 950 mm in the extending direction from the front end of each specimen.
図50,51に示すように、タイプI及びタイプIIでは、幅方向=180mmの位置での高さが最も高く、幅方向=210mmの位置での高さが最も低くなっている。つまり、接合部分に小さく目違いが発生した形状となっている。また、幅方向=180mm〜210mmの位置での高低差は、タイプIに比べてタイプIIの方が大きかった。また、幅方向=210mmの位置から供試体の右端までの高低差も、タイプIに比べてタイプIIの方が大きかった。つまり、タイプIに比べてタイプIIの方が、角変形が全体的に大きいことが分かった。 As shown in FIGS. 50 and 51, in Type I and Type II, the height at the position of the width direction = 180 mm is the highest, and the height at the position of the width direction = 210 mm is the lowest. That is, it is a shape in which a small difference occurs in the joint portion. Further, the height difference at the position of the width direction = 180 mm to 210 mm was larger in Type II than in Type I. Further, the height difference from the position of the width direction = 210 mm to the right end of the specimen was larger in Type II than in Type I. In other words, it was found that type II had a larger overall angular deformation than type I.
これは、図49の(a)及び(b)に示すように、ダブルスキンパネル201A,201Bがボビンツール265から受ける力の方向と、ダブルスキンパネル201A,201Bの係合形態の違いに起因するものであると考えられる。本実施形態にかかるボビンツール265(スクリューピン254の螺旋溝255が左ネジ)を右回転させて、図49の紙面の表側から裏側に向けて移動させると、応力F1が作用すると考えられる。
As shown in FIGS. 49 (a) and 49 (b), this is due to the difference in the direction of the force that the
したがって、図49の(b)に示すタイプIIであると、係合部Mの傾斜面Maの傾斜方向が応力F1の作用方向と略平行であるとともに、センター線C1に対して応力F1の入力位置と傾斜面Maとが同じ側にあるため、ダブルスキンパネル201Bが右斜め下側に移動しやすくなり、接合中にダブルスキンパネル201A,201Bが離間する可能性が高くなる。
Therefore, in the case of type II shown in FIG. 49B, the inclination direction of the inclined surface Ma of the engaging portion M is substantially parallel to the direction of action of the stress F1, and the stress F1 is input to the center line C1. Since the position and the inclined surface Ma are on the same side, the
一方、図49の(a)に示すタイプIであると、係合部Mの傾斜面Maの傾斜方向が応力F1の作用方向と交わるとともに、センター線C1に対して応力F1の入力位置と傾斜面Maとが反対側にあるため、接合中にダブルスキンパネル201A,201Bが離間するのを効果的に防ぐことができる。
On the other hand, in the case of Type I shown in FIG. 49A, the inclination direction of the inclined surface Ma of the engaging portion M intersects with the direction of application of the stress F1, and the input position and inclination of the stress F1 with respect to the center line C1. Since the surface Ma is on the opposite side, it is possible to effectively prevent the
他方、図52に示すように、タイプIIIでは、幅方向が180mmの位置及び幅方向が210mmの位置における高さが同じくらいであった。つまり、左右端に比べて接合部分の高さが最も高く、正面視して山型になっている。また、タイプIIIの高低差は、タイプI,IIの高低差よりも大きくなっている。仮に、ダブルスキンパネルを複数枚(例えば5枚)配設し、タイプIIIのように突き合せ部N側から摩擦攪拌接合すると、接合されたダブルスキンパネルの全体の角変形量が増大すると考えられる。したがって、係合部M及び突き合せ部Nのどちらを先に接合しても接合強度の観点からは問題が無いが、角変形量を考慮すると、先に係合部M側から摩擦攪拌接合することが好ましい。 On the other hand, as shown in FIG. 52, in Type III, the height at the position where the width direction is 180 mm and the position where the width direction is 210 mm are about the same. That is, the height of the joining portion is the highest compared to the left and right ends, and is a mountain shape when viewed from the front. Further, the height difference of type III is larger than the height difference of types I and II. If a plurality of (for example, five) double skin panels are arranged and friction stir welding is performed from the butt portion N side as in type III, it is considered that the total angular deformation of the joined double skin panels increases. . Therefore, there is no problem from the viewpoint of the joining strength whichever of the engaging portion M and the butting portion N is joined first, but considering the amount of angular deformation, the friction stir joining is performed first from the engaging portion M side. It is preferable.
図53は、ボビンツールの回転方向、螺旋溝の巻回方向、係合形態をまとめた表である。図53では、4パターンの好ましい条件1〜4を示している。条件1(本実施形態と同様)に示すように、螺旋溝が左ネジのボビンツール265を右回転させて、図53の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプIとすることが好ましい。
FIG. 53 is a table summarizing the rotation direction of the bobbin tool, the winding direction of the spiral groove, and the engagement form. In FIG. 53, four conditions of
つまり、条件1ではボビンツール265を右回転させるため、センター線C1に対して左側から右側方向成分の力が作用するとともに、塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて上から下に移動する。したがって、条件1では、係合形態に示すように応力F1が作用する。そこで、タイプIでは応力F1に対向するように、第二鉤部212B及び係合部Mの傾斜面Maを設定することで、接合中にダブルスキンパネル201A,201Bが離間するのを防ぐことができる。
That is, in
また、条件2に示すように、螺旋溝が右ネジのボビンツール265を左回転させて、図53の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプIIとすることが好ましい。
Further, as shown in
つまり、条件2ではボビンツール265を左回転させるため、センター線C1に対して右側から左側方向成分の力が作用するとともに、塑性流動化した金属が螺旋溝に導かれて上から下に移動する。したがって、条件2では、係合形態に示すように応力F2が作用する。そこで、タイプIIでは応力F2に対向するように、第二鉤部212B及び係合部Mの傾斜面Maを設定することで、ダブルスキンパネル201A,201Bが離間するのを防ぐことができる。
In other words, in
同様に、条件3に示すように、螺旋溝が右ネジのボビンツール265を右回転させて、図53の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプIVとすることが好ましい。
また、同様に、条件4に示すように、螺旋溝が左ネジのボビンツール265を左回転させて、図53の紙面表側から裏側方向に移動させる場合、係合形態をタイプVとすることが好ましい。Similarly, as shown in
Similarly, as shown in
条件3,4の場合であっても、係合部Mの傾斜面Ma’及び第二鉤部212B’を応力F3,F4に対向するように設定することで、接合中にダブルスキンパネル201A’,201B’が離間するのを防ぐことができる。
Even in the case of
また、条件1,2では第一ショルダ252側、条件3,4では第二ショルダ253側に肉盛部を設けることが好ましい。これにより、摩擦攪拌によって金属が不足する側に金属を補充できるため、金属不足になるのを補うことができる。
Further, it is preferable to provide a built-up portion on the
<実施例5>
実施例5では、実施例4とは異なるサイズのダブルスキンパネルを5枚用いて摩擦攪拌接合を行った。図20を参照すると、実施例5のダブルスキンパネルは、外板厚肉部の板厚a=4.0mmm、肉盛部の厚さ寸法b=0.5mm、左右幅寸法e=400mm、延長寸法12500mmに設定されている。<Example 5>
In Example 5, friction stir welding was performed using five double skin panels having a size different from that of Example 4. Referring to FIG. 20, the double skin panel of Example 5 has a thickness a = 4.0 mm of the outer plate thick part, a thickness dimension b = 0.5 mm of the built-up part, a left-right width dimension e = 400 mm, and an extension. The dimension is set to 12,500 mm.
ボビンツールは、図23を参照すると、第一ショルダ252の下端面252cの直径α2=15mm、第二ショルダ253の直径β1=18mm、第二ショルダ253の上端面253cの直径β2=15mm、スクリューピン254の外径U=9mmに設定した。第一ショルダ252から第二ショルダ253までの長さ(スクリューピン254の露出した部分の長さ)は3.7mmに設定されている。また、ボビンツールの回転速度を1000rpmに設定した。また、ボビンツール移動速度は、係合部M側が1000mm/min、突き合せ部N側が1500mm/minに設定した。
23, the diameter α2 = 15 mm of the
実施例5では、一方のダブルスキンパネルをテーブルの上にセットし、他方のダブルスキンパネルを上方から降ろして係合及び突き合わせた。同様の作業で5枚のダブルスキンパネルを隙間無く係合した後、組立体を移動不能に拘束した。組立体が浮かないように、延長方向に1.5mピッチで配置された横押しクランプで押し付けた。また、組立体の四隅を簡単にクランプした。そして、端から順番に摩擦攪拌接合を行った。 In Example 5, one double skin panel was set on a table, and the other double skin panel was lowered from above and engaged and butted. After engaging the five double skin panels without any gaps in the same operation, the assembly was restrained so as not to move. In order to prevent the assembly from floating, the assembly was pressed by a lateral pressing clamp arranged at a pitch of 1.5 m in the extending direction. In addition, the four corners of the assembly were clamped easily. Then, friction stir welding was performed in order from the end.
実施例5の条件であっても、接合不良の無い面材を製造することができた。ここで、一般的に、金属部材に対して摩擦攪拌接合を行うと、熱収縮が発生するため接合後の金属部材が反ってしまうことがある。仮に、金属部材の表裏において摩擦攪拌接合をする場合、回転ツールの回転速度、移動速度及び移動長さを同じ条件にして、金属部材の表面側に摩擦攪拌接合を行った後、裏面側に摩擦攪拌接合を行うと裏面側が凹状となるように反ってしまうおそれがある。 Even under the conditions of Example 5, it was possible to produce a face material free from poor bonding. Here, generally, when friction stir welding is performed on a metal member, heat shrinkage occurs, and thus the metal member after bonding may be warped. If the friction stir welding is performed on the front and back of the metal member, the friction stir welding is performed on the surface side of the metal member with the same rotation speed, moving speed, and moving length of the rotary tool, and then the friction is applied on the back surface side. When the stir welding is performed, there is a possibility that the back side is warped so as to be concave.
これは、表面側を摩擦攪拌接合した後は、熱収縮によって金属部材が表面側に凹状となるように沿ってしまうため、沿った金属部材を引っくり返し平坦なテーブルの上に置くとテーブルと金属部材との間の隙間が大きくなる。この状態で、裏面側を摩擦攪拌接合すると、摩擦攪拌による熱がテーブルに抜けていきにくいため、金属部材に残る熱量が大きくなる。その結果、金属部材に残った熱とも相まって裏面側が凹状となるように大きく反ってしまう。 This is because, after the friction stir welding of the surface side, the metal member is along a concave shape on the surface side due to heat shrinkage, so when the metal member along the surface is turned over and placed on a flat table, the table and the metal member The gap between is increased. If the back side is friction stir welded in this state, the amount of heat remaining on the metal member increases because the heat from the friction stir does not easily escape to the table. As a result, combined with the heat remaining in the metal member, the back side is greatly warped so as to be concave.
そこで、実施例5のように、係合部M側よりも突き合せ部N側におけるボビンツールの移動速度を早く設定すれば、突き合せ部Nへの接合時の入熱を小さくすることができる。これにより、接合後のダブルスキンパネルが反るのを防ぐことができる。 Thus, if the moving speed of the bobbin tool on the butt portion N side is set faster than the engaging portion M side as in the fifth embodiment, the heat input at the time of joining to the butt portion N can be reduced. . Thereby, it can prevent that the double skin panel after joining curves.
<実施例6>
実施例6では、板状端部の板厚と長さの関係を調査するために試験を行った。図54の(a)に示すように、断面視コの字状を呈し、同形状からなる供試体401,301の端部同士を突き合わせ、突き合せ部Nに対して摩擦攪拌接合を行った。各供試体401は、支持部材402と、支持部材402から垂直に延設された板状端部403と、を備えている。<Example 6>
In Example 6, a test was conducted to investigate the relationship between the plate thickness and the length of the plate-like end portion. As shown in (a) of FIG. 54, the ends of the
供試体401の高さは30mm、延長寸法は500mmに設定した。図54の(a)及び(b)に示すように、板状端部403の板厚a及び支持部材402から板状端部403の先端までの長さcをパラメータとして各条件において摩擦攪拌接合を行った。図54の(b)に実施例6の各条件と接合の品質について表にまとめた。ボビンツールの寸法については、図54の(b)の表に示すとおりである。
The height of the
図54の(b)に示すように、板厚a=3mm、支持部材402から板状端部403の先端までの長さc=50mmの場合、接合不良となった。また、板厚a=6mmの場合は、長さc=70mm、80mmのときに接合不良となった。また、板厚a=12mmの場合は、長さc=120mmのときに接合不良となった。つまり、支持部材402に対して板状端部403の長さが長すぎると、板状端部403の先端側が変形しやすくなるため接合不良になりやすい。
As shown in FIG. 54B, when the plate thickness a = 3 mm and the length c from the
図55は、実施例6の相関関係を示したグラフである。図55の横軸は板厚aを示し、縦軸は支持部材402から板状端部403の先端までの長さcを示している。このグラフから、支持部材から先端までの長さcは、長さc≦7.0×板厚a+18.5mmを満たすように設定することが好ましい。この条件であれば、板状端部403の変形を抑制できるため、接合不良になりにくい。
FIG. 55 is a graph showing the correlation of Example 6. In FIG. 55, the horizontal axis indicates the plate thickness a, and the vertical axis indicates the length c from the
1 摩擦攪拌装置
1a チャック部
2 回転ツールユニット
3 ホルダー
4 スライド軸
5 ボビンツール
11 第一ショルダ
12 第二ショルダ
13 スクリューピン
13a 上部螺旋溝
13b 下部螺旋溝
100A中空形材
100B中空形材
N 突き合せ部
T 金属板の厚さ
W 塑性化領域(接合部)
Z ショルダ間距離DESCRIPTION OF
Z Shoulder distance
Claims (28)
前記チャック部に固定される筒状のホルダーと、
前記ホルダーの内部に挿入されたスライド軸と、
前記スライド軸の先端に取り付けられたボビンツールと、を有し、
前記ホルダーは、径方向に貫通し互いに対向する一対の長孔を有し、
前記スライド軸は、前記一対の長孔に挿入されるノックピンと、前記スライド軸に対して前記ノックピンを固定する固定部材とを有し、
前記ボビンツールは、前記スライド軸に固定される第一ショルダと、前記第一ショルダに対して離間する第二ショルダと、前記第一ショルダと前記第二ショルダを連結するスクリューピンと、を有し、
前記長孔は、軸方向に沿って延設されており、
前記スライド軸は、前記長孔と前記ノックピンの係合により前記ホルダーと一体的に回転するとともに、前記長孔の範囲で軸方向に移動することを特徴とする回転ツールユニット。A rotary tool unit fixed to the chuck of the friction stirrer,
A cylindrical holder fixed to the chuck portion;
A slide shaft inserted into the holder;
A bobbin tool attached to the tip of the slide shaft,
The holder has a pair of elongated holes that penetrate in the radial direction and face each other,
The slide shaft includes a knock pin inserted into the pair of long holes, and a fixing member that fixes the knock pin to the slide shaft,
The bobbin tool has a first shoulder fixed to the slide shaft, a second shoulder spaced from the first shoulder, and a screw pin connecting the first shoulder and the second shoulder,
The long hole is extended along the axial direction,
The slide tool unit rotates together with the holder by the engagement of the long hole and the knock pin, and moves in the axial direction within the range of the long hole.
前記貫通孔に前記固定部材が挿入され、前記固定部材の先端が前記ノックピンに当接していることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の回転ツールユニット。The slide shaft has a through hole penetrating in the axial direction and a pin hole orthogonal to the through hole, and the knock pin is inserted into the pin hole,
2. The rotary tool unit according to claim 1, wherein the fixing member is inserted into the through hole, and a tip of the fixing member is in contact with the knock pin.
前記固定部材の先端は前記くびれ部に当接していることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の回転ツールユニット。A narrower portion is formed at the center of the knock pin than other portions,
The rotary tool unit according to claim 1, wherein a distal end of the fixing member is in contact with the constricted portion.
前記第一ショルダの内部には、軸方向に延設され平断面が非円形を呈する第一係合孔が形成されており、
前記第二ショルダの内部には、軸方向に延設され平断面が非円形を呈する第二係合孔が形成されており、
前記スクリューピンは、
前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に露出する螺旋溝部と、
一端側に形成され、前記第一係合孔に係合する第一係合軸部と、
他端側に形成され、前記第二係合孔に係合する第二係合軸部と、を有することを特徴とする請求の範囲第1項に記載の回転ツールユニット。The bobbin tool has a first fastener that fastens one end side of the screw pin and the first shoulder, and a second fastener that fastens the other end side of the screw pin and the second shoulder. And
Inside the first shoulder, a first engagement hole extending in the axial direction and having a non-circular cross section is formed.
A second engagement hole extending in the axial direction and having a non-circular cross section is formed in the second shoulder,
The screw pin is
A spiral groove exposed between the first shoulder and the second shoulder;
A first engagement shaft portion formed on one end side and engaged with the first engagement hole;
The rotary tool unit according to claim 1, further comprising: a second engagement shaft portion that is formed on the other end side and engages with the second engagement hole.
前記第一ショルダの内部には、軸方向に延設された第一孔と、前記ショルダの側面側から前記第一孔に連通する第一ネジ係累孔とが形成されており、
前記第二ショルダの内部には、軸方向に延設された第二孔と、前記ショルダの側面側から前記第二孔に連通する第二ネジ係累孔とが形成されており、
前記スクリューピンは、
前記第一ショルダと前記第二ショルダの間に露出する螺旋溝部と、
一端側に形成され、前記第一孔に挿入される第一軸部と、
前記第一軸部の外周面に平坦に形成された第一平坦部と、
他端側に形成され、前記第二孔に挿入される第二軸部と、
前記第二軸部の外周面に平坦に形成された第二平坦部と、を有し、
前記第一ショルダの側面側から前記第一ネジ係累孔に第一係止ネジをねじ込んで、前記第一係止ネジの先端を前記第一平坦部に当接させ、
前記第二ショルダの側面側から前記第二ネジ係累孔に第二係止ネジをねじ込んで、前記第二係止ネジの先端を前記第二平坦部に当接させることを特徴とする請求の範囲第1項に記載の回転ツールユニット。The bobbin tool has a first fastener that fastens one end side of the screw pin and the first shoulder, and a second fastener that fastens the other end side of the screw pin and the second shoulder. And
Inside the first shoulder, there are formed a first hole extending in the axial direction and a first screw engagement hole communicating with the first hole from the side surface side of the shoulder,
Inside the second shoulder, there are formed a second hole extending in the axial direction and a second screw engagement cumulative hole communicating with the second hole from the side surface side of the shoulder,
The screw pin is
A spiral groove exposed between the first shoulder and the second shoulder;
A first shaft portion formed on one end side and inserted into the first hole;
A first flat portion formed flat on the outer peripheral surface of the first shaft portion;
A second shaft portion formed on the other end side and inserted into the second hole;
A second flat portion formed flat on the outer peripheral surface of the second shaft portion,
A first locking screw is screwed into the first screw engagement hole from the side of the first shoulder, and the tip of the first locking screw is brought into contact with the first flat portion,
The second locking screw is screwed into the second screw locking hole from the side of the second shoulder, and the tip of the second locking screw is brought into contact with the second flat portion. The rotary tool unit according to item 1.
前記金属板の端面同士を突き合わせる突き合せ工程と、
前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させて前記端面同士を摩擦攪拌接合する接合工程と、を含み、
前記接合工程では、第一ショルダ及び第二ショルダ間の距離を前記金属板の厚さ以下に設定しておき、摩擦攪拌によって前記金属板が変形して前記金属板の位置が前記ボビンツールの軸方向に変位した際に、その変位に追従して前記ボビンツールが軸方向に移動することを特徴とする摩擦攪拌接合方法。Using the rotary tool unit according to claim 1, a friction stir welding method for joining a pair of metal plates,
A butting step of butting the end faces of the metal plates;
A joining step of friction stir welding the end faces by moving a screw pin of the bobbin tool rotated to the abutting portion formed by abutting the end faces.
In the joining step, the distance between the first shoulder and the second shoulder is set to be equal to or less than the thickness of the metal plate, the metal plate is deformed by friction stirring, and the position of the metal plate is the axis of the bobbin tool. A friction stir welding method, wherein the bobbin tool moves in the axial direction following the displacement when displaced in the direction.
前記金属板の厚さと前記ショルダ間の距離とを、0.2mm≦{(金属板の厚さ)−(ショルダ間の距離)}≦0.8mmとなるように設定することを特徴とする請求の範囲第7項に記載の摩擦攪拌接合方法。When the gap between the end faces is set to 1.00 mm or less,
The thickness of the metal plate and the distance between the shoulders are set so that 0.2 mm ≦ {(thickness of the metal plate) − (distance between shoulders)} ≦ 0.8 mm. The friction stir welding method according to claim 7,
前記金属板の厚さと前記ショルダ間の距離とを、0.4mm≦{(金属板の厚さ)−(ショルダ間の距離)}≦0.8mmとなるように設定することを特徴とする請求の範囲第7項に記載の摩擦攪拌接合方法。When the gap between the end faces is set to be larger than 1.00 mm and not larger than 1.75 mm,
The thickness of the metal plate and the distance between the shoulders are set so that 0.4 mm ≦ {(thickness of the metal plate) − (distance between shoulders)} ≦ 0.8 mm. The friction stir welding method according to claim 7,
前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、
前記スクリューピンの外周面の前記第一ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記第一ショルダ及び前記第二ショルダ間の距離に対して25%以上の割合で形成されていることを特徴とする請求の範囲第7項に記載の摩擦攪拌接合方法。In the joining step,
After the first shoulder and the decorative surface of the metal plate are opposed to each other, and the center in the axial direction of the screw pin and the center in the plate thickness direction of the metal plate are aligned, the end surfaces are butted together. Moved the screw pin of the bobbin tool rotated to the right when viewed from the slide shaft side to the butted portion,
A right-hand spiral groove is formed on the first shoulder side of the outer peripheral surface of the screw pin, and the right-hand spiral groove is 25% or more of the distance between the first shoulder and the second shoulder. The friction stir welding method according to claim 7, wherein the friction stir welding method is formed at a ratio.
前記第一ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、
前記スクリューピンの外周面の前記第一ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して25%以上の割合で形成されていることを特徴とする請求の範囲第7項に記載の摩擦攪拌接合方法。In the joining step,
After the first shoulder and the decorative surface of the metal plate are opposed to each other, and the center in the axial direction of the screw pin and the center in the plate thickness direction of the metal plate are aligned, the end surfaces are butted together. The screw pin of the bobbin tool that has been rotated counterclockwise as viewed from the slide shaft side is moved to the abutted portion,
A left-handed spiral groove is formed on the first shoulder side of the outer peripheral surface of the screw pin, and the left-handed spiral groove is formed at a ratio of 25% or more with respect to the distance between the shoulders. The friction stir welding method according to claim 7, wherein:
前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て右回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、
前記スクリューピンの外周面の前記第二ショルダ側に左ネジの螺旋溝が形成されており、この左ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して25%以上の割合で形成されていることを特徴とする請求の範囲第7項に記載の摩擦攪拌接合方法。In the joining step,
After the second shoulder and the decorative surface of the metal plate are opposed to each other, and the center in the axial direction of the screw pin and the center in the plate thickness direction of the metal plate are aligned, the end surfaces are abutted to each other. Moved the screw pin of the bobbin tool rotated to the right when viewed from the slide shaft side to the butted portion,
A left-handed spiral groove is formed on the second shoulder side of the outer peripheral surface of the screw pin, and the left-handed spiral groove is formed at a ratio of 25% or more with respect to the distance between the shoulders. The friction stir welding method according to claim 7, wherein:
前記第二ショルダと前記金属板の化粧面とを対向させ、かつ、前記スクリューピンの軸方向の中心と前記金属板の板厚方向の中心とを合わせた後、前記端面同士を突き合せて形成された突き合せ部に前記スライド軸側から見て左回転させた前記ボビンツールのスクリューピンを移動させ、
前記スクリューピンの外周面の前記第二ショルダ側に右ネジの螺旋溝が形成されており、この右ネジの螺旋溝が前記ショルダ間の距離に対して25%以上の割合で形成されていることを特徴とする請求の範囲第7項に記載の摩擦攪拌接合方法。In the joining step,
After the second shoulder and the decorative surface of the metal plate are opposed to each other, and the center in the axial direction of the screw pin and the center in the plate thickness direction of the metal plate are aligned, the end surfaces are abutted to each other. The screw pin of the bobbin tool that has been rotated counterclockwise as viewed from the slide shaft side is moved to the abutted portion,
A right-hand spiral groove is formed on the second shoulder side of the outer peripheral surface of the screw pin, and the right-hand spiral groove is formed at a ratio of 25% or more with respect to the distance between the shoulders. The friction stir welding method according to claim 7, wherein:
一方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部と他方の前記ダブルスキンパネルの外板の端部に形成された鉤部とを係合しつつ、一方の前記ダブルスキンパネルの内板の端部に形成された端面と他方の前記ダブルスキンパネルの内板の端面とを係合させずに突き合わせる準備工程と、One of the double skin panels is engaged with a flange formed at an end of the outer plate of one of the double skin panels and a flange formed at the end of the outer plate of the other double skin panel. A preparation step of abutting the end face formed at the end of the inner plate and the end face of the inner plate of the other double skin panel without engaging with each other;
前記準備工程で係合させた係合部及び突き合わせた突き合せ部に対して摩擦攪拌接合を行う接合工程と、を含むことを特徴とするダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。A friction stir welding method for a double skin panel, comprising: a friction stir welding for the engaging portion and the butted butted portion engaged in the preparation step.
前記準備工程では、一対の前記張出部同士を係合することを特徴とする請求の範囲第23項に記載のダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。24. The friction stir welding method for a double skin panel according to claim 23, wherein in the preparation step, the pair of overhang portions are engaged with each other.
他方の前記ダブルスキンパネルの前記厚肉部に、前記張出傾斜面に面接触する厚肉傾斜面を形成することを特徴とする請求の範囲第24項に記載のダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。 Forming an overhanging inclined surface on the side of the overhanging portion of one of the double skin panels;
25. The friction stir welding of a double skin panel according to claim 24, wherein a thick inclined surface that is in surface contact with the protruding inclined surface is formed in the thick portion of the other double skin panel. Way .
前記支持板から前記端面までの長さをc(mm)及び前記厚肉部の板厚をt(mm)としたとき、When the length from the support plate to the end face is c (mm) and the thickness of the thick part is t (mm),
c≦7.0×t+18.5mmを満たすように設定することを特徴とする請求の範囲第24項に記載のダブルスキンパネルの摩擦攪拌接合方法。The friction stir welding method for a double skin panel according to claim 24, wherein c ≦ 7.0 × t + 18.5 mm is set.
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