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公開番号2024167781
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-04
出願番号2023084103
出願日2023-05-22
発明の名称摩擦攪拌点接合用ツール
出願人川崎重工業株式会社
代理人個人,個人
主分類B23K 20/12 20060101AFI20241127BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】接合対象部材の重ね合わせ部の接合加圧力を低減可能な、ピン先行プロセスを採用する摩擦攪拌点接合用ツールを提供する。
【解決手段】摩擦攪拌点接合用ツールは、軸線回りに回転する円柱型のピン11と、ピン11が内部に挿通される中空部を有するショルダ12と、ピン11を回転させながら接合対象物へ圧入させる一方で、ショルダ12を前記接合対象物に対して退避させるよう駆動する駆動部2と、を備える。ピン11の円形の先端面5の少なくとも一部には、ピン11の回転方向において段差を形成する段差形状部51が備えられている、
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
軸線回りに回転する円柱型のピンと、
前記ピンが内部に挿通される中空部を有するショルダと、
前記ピンを回転させながら接合対象物へ圧入させる駆動と、前記ショルダを前記接合対象物に対して退避させ駆動とを行う駆動部と、を備え、
前記ピンの先端面の少なくとも一部には、前記ピンの回転方向において段差を形成する段差形状部が備えられている、摩擦攪拌点接合用ツール。
続きを表示（約 500 文字）【請求項２】
請求項１に記載の摩擦攪拌点接合用ツールにおいて、
前記段差形状部の前記段差は、前記先端面の中心点から外周縁へ半径方向に延びる径方向段差である、摩擦攪拌点接合用ツール。
【請求項３】
請求項２に記載の摩擦攪拌点接合用ツールにおいて、
前記径方向段差は、前記ピンの前記先端面の円周方向に複数個が配置されている、摩擦攪拌点接合用ツール。
【請求項４】
請求項３に記載の摩擦攪拌点接合用ツールにおいて、
前記複数個の径方向段差は、前記先端面の円周方向に均等間隔で配置されている、摩擦攪拌点接合用ツール。
【請求項５】
請求項１～４のいずれか１項に記載の摩擦攪拌点接合用ツールにおいて、
前記段差形状部の前記段差の最大高低差が、前記ピンの直径の１％～１０％の範囲に設定されている、摩擦攪拌点接合用ツール。
【請求項６】
請求項１に記載の摩擦攪拌点接合用ツールにおいて、
前記段差形状部の前記段差は、前記先端面の外周縁の一部を切り欠いて形成された段差である、摩擦攪拌点接合用ツール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、ピンおよびショルダを備えた摩擦攪拌点接合用ツールに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
金属部材や繊維強化熱可塑性樹脂部材等からなる二以上の部材を重ね合わせて接合する手法として、摩擦攪拌を用いた接合が知られている。摩擦攪拌接合には、ピンと当該ピンを収容する中空部を有するショルダとを備えた摩擦攪拌点接合用のツールが用いられることがある。例えばショルダ先行プロセスでは、ショルダを突出させて接合対象部材の重ね合わせ部に圧入させる一方、ピンを退行させて前記圧入により溢れる材料を収容する（例えば特許文献１参照）。一方、ピン先行プロセスでは、ピンを前記重ね合わせ部に圧入させる一方、ショルダを退行させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１５－１８６８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上掲のピン先行プロセスにおいて、前記重ね合わせ部の摩擦攪拌点接合に高い接合加圧力を要する場合に、接合用ツールを含む設備の大型化や高コスト化が問題となる。例えば、繊維強化熱可塑性樹脂部材の重ね合わせ部の接合の場合、内包されている連続繊維の切断に大きな加圧力を要する。この場合、前記加圧力の反力による撓み量を低減させるため、接合用ツールが取り付けられるアーム類として、大型で高い剛性を有するものを採用せねばならない。
【０００５】
本開示は、ピン先行プロセスを採用する摩擦攪拌点接合用ツールにおいて、接合対象部材の重ね合わせ部の接合加圧力を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一の局面に係る摩擦攪拌点接合用ツールは、軸線回りに回転する円柱型のピンと、前記ピンが内部に挿通される中空部を有するショルダと、前記ピンを回転させながら接合対象物へ圧入させる駆動と、前記ショルダを前記接合対象物に対して退避させる駆動とを行う駆動部と、を備え、前記ピンの先端面の少なくとも一部には、前記ピンの回転方向において段差を形成する段差形状部が備えられている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、接合対象部材の重ね合わせ部の接合加圧力を低減可能な、ピン先行プロセスを採用する摩擦攪拌点接合用ツールを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、本開示の実施形態に係る摩擦攪拌点接合ツールを含む、摩擦攪拌点接合装置の構成を示す模式図である。
図２は、摩擦攪拌点接合される第１部材及び第２部材の構成を示す図である。
図３は、摩擦攪拌点接合ツールを用いた、ピン先行プロセスによる接合手順を示す図である。
図４は、本開示の実施例に係る摩擦攪拌点接合ツールのピンおよびその先端面の形状を、比較例と共に示す斜視図および側面図である。
図５は、試験片へのピンの圧入量と接合時間との関係を、実施例および比較例について示すグラフである。
図６は、実施例のピンに与える加圧力を変更して試験片へ圧入させたときの、圧入量と接合時間との関係を示すグラフである。
図７（Ａ）は、ショルダ先行プロセスにおける攪拌材料の挙動を、図７（Ｂ）は、ピン先行プロセスにおける攪拌材料の挙動を各々示す図である。
図８（Ａ）～（Ｃ）は、摩擦攪拌点接合ツールのピン先端形状の他の例を示す斜視図である。
図９（Ａ）～（Ｆ）は、図４に示したピン先端面の形状の変形例を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面に基づいて、本開示の実施形態を詳細に説明する。本開示に係る摩擦攪拌点接合ツールを備えた摩擦攪拌点接合装置は、金属や樹脂製、あるいは繊維材が混合された熱可塑性の樹脂成形体のプレート、フレーム、外装材或いは柱状材等の構造材を、二つ以上重ね合わせて点接合してなる各種接合体の製造に適用することができる。製造される接合体は、例えば、航空機、鉄道車両または自動車などの構造物の構成部材となる。
【００１０】
［摩擦攪拌点接合装置の構成］
図１は、本開示の一実施形態に係る摩擦攪拌点接合装置Ｍの構成を示す模式図である。摩擦攪拌点接合装置Ｍは、複動式の摩擦攪拌点接合用のツール１と、ツール１を回転および昇降駆動するツール駆動部２と、摩擦攪拌点接合装置Ｍの各部の動作を制御するコントローラ２０とを含む。なお、図１には「上」「下」の方向表示を付しているが、これは説明の便宜のためであり、実際のツール１の使用方向を限定する意図ではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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