CN102905838A

CN102905838A - 摩擦加工用工具，使用它的摩擦加工装置及摩擦加工方法

Info

Publication number: CN102905838A
Application number: CN2011800146421A
Authority: CN
Inventors: 高杉隆幸; 金野泰幸; 冲幸男; 久保圭史; 望月昇; 平田智丈
Original assignee: Kindai University; Osaka Prefecture University PUC; ISEL Co Ltd
Current assignee: Kindai University; ISEL Co Ltd; Osaka Metropolitan University
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2011-02-17
Publication date: 2013-01-30
Also published as: WO2011118299A1; JP5613898B2; US20140144972A1; KR20130061677A; EP2551049A1; JP2011200871A

Abstract

本发明提供一种能提高工具寿命、抑制制造的工时、制造成本的摩擦加工用工具，使用它的摩擦加工装置及摩擦加工方法。是用于由一边相对于金属材料的被加工件旋转一边压接而产生的摩擦热使被加工件（W1、W2）软化来进行加工的摩擦加工用工具（20），具备圆柱状的工具主体（21），与被加工件（W1、W2）接触的工具主体的前端面仅由平坦的肩面（22）形成。摩擦加工用工具（20）的材质由Ni基2重复相金属互化物合金构成。

Description

摩擦加工用工具,使用它的摩擦加工装置及摩擦加工方法

技术领域

本发明涉及用于例如使金属材料的被加工件彼此对接，由摩擦热软化而进行接合的摩擦加工用工具，使用它的摩擦加工装置及摩擦加工方法。

背景技术

作为上述加工法，摩擦搅拌接合（FSW）已被众所周知。摩擦搅拌接合是通过一边使沿着使金属材料的被加工件彼此对接而形成的接合线的圆柱状的工具旋转一边压接，在接合方向相对移动，由产生的摩擦热使被加工件软化而接合的方法。另外，使用上述工具，也能进行使被加工件表面的强度及硬度等提高的摩擦搅拌改性（FSP）、将被加工件进行点接合的摩擦点接合（FSJ），将它们和上述摩擦搅拌接合总称为摩擦搅拌加工。

上述摩擦搅拌加工用工具具备圆柱状的工具主体、形成在工具主体的前端面上的肩面、在肩面的中央突出设置的探头。而且，摩擦搅拌加工用工具，与被加工件相比要求硬度、熔点、耐磨损性等物理特性高的材料，作为铝材等低熔点材料的被加工件的接合，主要使用了SKD钢等工具钢。另一方面，在接合不锈钢等的铁类材料的被加工件的情况下，陶瓷制、超硬合金制的摩擦搅拌加工用工具已被使用。但是，陶瓷制的摩擦搅拌加工用工具存在容易损坏，超硬合金制的摩擦搅拌加工用工具存在在短时间内容易产生磨损等问题。因此，作为摩擦搅拌加工用工具的材质，由具有高强度及优良的高温特性的Ni基2重复相金属互化物合金构成的材质已被提出（专利文献1）。

在先技术文献

专利文献

专利文献1:日本特开2009-255170号公报

发明内容

发明所要解决的课题

可是，上述摩擦搅拌加工用工具的探头，是希望使在将被加工件彼此接合的情况下软化了的金属材料向探头的长度方向流动并使接合强度提高而设置的，但因为需要探头的加工，所以工具的形状变得复杂，制作成本高，另外，如果探头损坏，则该摩擦搅拌加工用工具不能继续使用。另外，根据上述探头深度，在进行薄板彼此接合的FSW的情况下存在着在接合部容易产生开口等缺陷等的危险。

本发明是鉴于上述状况，提供一种能提高工具寿命，抑制制造的工时、制造成本的摩擦加工用工具，使用它的摩擦加工装置及摩擦加工方法的发明。

为了解决课题的手段

本发明的摩擦加工用工具，用于由一边相对于金属材料的被加工件旋转一边压接而产生的摩擦热使被加工件软化而进行加工，其特征在于，

具备圆柱状的工具主体，与被加工件接触的工具主体的前端面仅由平坦的肩面形成。

由此，由于在肩面上没有设置容易磨损等的探头，所以能提高摩擦加工用工具的寿命。另外，由于不需要在肩面上形成探头，所以能抑制制造摩擦加工用工具的工时、制造成本。另外，通过与被加工件接触的工具主体的前端面仅由平坦的肩面形成，能使被加工件由摩擦热软化而主要在肩面的径向进行塑性变形乃至流动来进行加工。另外，将基于这样的加工原理的工具称为摩擦加工用工具。

上述摩擦加工用工具的材质最好是其材质由Ni基2重复相金属互化物合金构成。

在此情况下，摩擦加工用工具成为耐热及耐磨损性优良的工具。因此，本摩擦加工用工具，即使在被加工件的加工时在由摩擦热产生的高温下也能发挥需要的硬度，即使没有探头，对于由不锈钢等铁类材料构成的被加工件也能进行良好的接合等。

另外，本发明的摩擦加工装置，具备加工机构，该加工机构使摩擦加工用工具相对于金属材料的被加工件一边旋转一边压接而在加工方向相对移动，其特征在于，

摩擦加工用工具是权利要求1或2记载的摩擦加工用工具，其肩径相对于成为被加工件的薄板的板厚的比率为6.5～15，

加工机构的工具进给速度被设定成500～900mm/min。

另外，上述的摩擦加工用工具及加工机构的条件，是对作为被加工件由板厚为1.5mm以下的铁类材料构成的薄板的设定。

由此，除了上述摩擦加工用工具的作用效果以外，还能由没有探头的摩擦加工用工具对由不锈钢等铁类材料构成的被加工件的薄板也进行良好的接合等。

在上述摩擦加工装置中，具备工具再生机构，该工具再生机构由磨石磨削因摩擦加工而磨损了的摩擦加工用工具中的仅由肩面形成的前端面，

工具再生机构具备控制机构，该控制机构以一边使上述摩擦加工用工具旋转一边使磨石旋转而磨削工具主体的前端面的方式进行控制，并以如果检测上述摩擦加工用工具的旋转转矩或磨石的旋转转矩的转矩检测组件的输出值达到规定的设定值则再生停止的方式进行控制。

由于肩面进行磨损，肩面和被加工件的接触状态变得不稳定，不能获得良好的接合状态。与此相对，根据上述工具再生机构，即使摩擦加工用工具的肩面磨损等，也能由工具再生机构将肩面复原成平面状态而进行再生。因此，由于能将磨损等的摩擦加工用工具通过再生进行再使用，所以摩擦加工用工具的寿命被进一步提高，能减少工具更换频度。特别是，由于在本摩擦加工用工具上没有探头，所以上述工具再生机构中的磨石的结构也能简易地形成，再生变得容易。

另外，通过在工具再生时由转矩检测部检测摩擦加工用工具的旋转转矩，例如将肩面成为平滑的平面时的旋转转矩的值作为设定值，旋转转矩成为此设定值时再生停止，能没有时间的浪费也不会过分切削地进行良好的工具再生。

另一方面，本发明的摩擦加工方法，一种摩擦加工方法，通过使摩擦加工用工具相对于金属材料的被加工件一边旋转一边压接而在加工方向相对移动，由摩擦热使被加工件软化来进行加工，其特征在于，

摩擦加工用工具是权利要求1或者2记载的摩擦加工用工具，作为被加工件使用肩径相对于由板厚为1.5mm以下的铁类材料构成的薄板的板厚的比率为6.5～15的被加工件，对被加工件进行加工。

由此，上述的摩擦加工用工具，能发挥与摩擦加工装置同样的作用效果。

发明的效果

如上所述，根据本发明，能提高摩擦加工用工具的工具寿命，抑制制造的工时、制造成本。而且，即使没有探头，对由不锈钢等铁类材料等构成的被加工件的薄板等也可以进行良好的接合等。

附图说明

图1是表示实施方式的摩擦加工用工具的图，图（A）是工具的立体图，图（B）是其侧视图。

图2是表示摩擦搅拌接合装置的整体结构的立体图。

图3是放大了作为摩擦搅拌接合装置的工具再生机构的工具磨削装置的部分的剖视图。

图4是表示工件加工操作位置和工具再生操作位置的关系的模式图。

图5是从表侧拍摄了由实施例1的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图6是从表侧拍摄了由实施例2的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图7是从表侧拍摄了由实施例3的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图8是从表侧拍摄了由实施例4的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图9是从表侧拍摄了由实施例5的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图10是从表侧拍摄了由实施例6的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图11是从表侧拍摄了由实施例7的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图12是从表侧拍摄了由实施例8的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图13是从表侧拍摄了由实施例9的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图14是从表侧拍摄了由实施例10的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图15是从表侧拍摄了由实施例11的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图16是从表侧拍摄了由实施例12的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图17是从表侧拍摄了由实施例13的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

图18是从表侧拍摄了由参考例的摩擦接合得到的薄板的接合部的照片。

具体实施方式

为了实施发明的方式

（摩擦加工用工具）

摩擦加工用工具，是由相对于金属材料的被加工件一边旋转一边压接而产生的摩擦热使被加工件软化，主要用于在肩面的径向产生塑性变形乃至流动地进行加工的工具。摩擦加工用工具（以下适当地称为“工具”），由Ni基2重复相金属互化物合金构成，具备圆柱状的工具主体，与被加工件抵接的工具主体的前端面仅由平坦的肩面形成。另外，作为工具，能将用于在背景技术中记述的摩擦搅拌接合（FSW）、摩擦搅拌改性（FSP）、摩擦点接合（FSJ）等情况称为摩擦搅拌加工用工具。

即，如图1所示，工具20具有圆柱状的工具主体21和在工具主体21的基端侧经法兰23形成的六角柱状的安装部24。将此安装部24装卸自由地固定在摩擦加工装置的工具保持架3上，使工具主体21与被加工件压接。此工具20，压接在被加工件上的工具主体21的前端面仅由平坦的肩面22形成，在肩面22上没有以往的那样的突起状的探头。因此，平坦的肩面22，相对于作为被加工件例如使板材彼此的端部对接了的接合线一边旋转一边压接而进行摩擦接合。另外，肩面22，不仅可以成为其母线与工具主体21的轴线垂直的平面，母线也可以成为微凸或者微凹的曲面。而且，工具20的肩径（肩面22的直径），以肩径相当于成为被加工件的薄板的板厚的比率为6.5～15的方式设定。例如，在薄板的板厚为1.5mm以下的情况下，工具的肩径设定成8～14mm。

工具20，为了即使被加工件与铝合金等相比是高熔点材料的铁类合金等也能可靠地进行接合，由Ni基2重复相金属互化物合金形成。作为此Ni基2重复相金属互化物合金，只要是具有Ni基2重复相金属互化物的合金，就不被限定。

作为Ni基2重复相金属互化物合金，例如，Ni₃Al（L1₂）－Ni₃Ti（D0₂₄）－Ni₃V（D0₂₂）类金属互化物合金（参照国际公开WO2006/1011212号小册子）、Ni₃Al（L1₂）－Ni₃Nb（D0_a）－Ni₃V（D0₂₂）类金属互化物合金（参照国际公开WO2007/086185号小册子）等已被众所周知。

作为上述Ni₃Al（L1₂）－Ni₃Ti（D0₂₄）－Ni₃V（D0₂₂）类相金属互化物合金，能举出Ni₃Al基金属互化物，具体地讲，Al：大于5原子％而在13原子％以下、V：在9.5原子％以上而小于17.5原子％、Ti：在0原子％以上而在3.5原子％以下、B：在0重量ppm以上而在1000重量ppm以下、余部除了杂质以外由Ni构成，而且具有初析L1₂相和（L1₂＋D0₂₂）共析组织的2重复相组织。

此金属互化物，通过对Al为大于5原子％而在13原子％以下、V为在9.5原子％以上而小于17.5原子％、Ti为在0原子％以上而在3.5原子％以下、B为在0重量ppm以上而在1000重量ppm以下、余部除了杂质以外由Ni构成的合金材料，在初析L1₂相和Al相共存的温度下进行第1热处理，然后冷却到L1₂相和D0₂₂相共存的温度，或者在该L1₂相和D0₂₂相共存的温度下进行第2热处理，能由具备使Al相变化成（L1₂＋D0₂₂）共析组织而形成2重复相组织的工序的方法进行制造。或者，由具备通过将上述组成的合金从高温的A1单相区域慢冷却形成2重复相组织的工序的方法也能进行制造。

另外，作为上述Ni₃Al（L1₂）－Ni₃Nb（D0a）－Ni₃V（D0₂₂）类金属互化物合金，能举出Ni₃Al基金属互化物，具体地讲，Al：大于5原子％而在13原子％以下、V：在9.5原子％以上而小于17.5原子％、Nb：在0原子％以上而在5原子％以下、B：在50重量ppm以上而在1000重量ppm以下、余部除了杂质以外由Ni构成，具有初析L1₂相和（L1₂＋D0₂₂）共析组织的2重复相组织。

此金属互化物，能由对Al：大于5原子％而在13原子％以下、V：在9.5原子％以上而小于17.5原子％、Nb：在0原子％以上而在5原子％以下、B：在50重量ppm以上而在1000重量ppm以下、余部除了杂质以外由Ni构成的合金材料，在初析L1₂相和Al相共存的温度或者初析L1₂相和Al相和D0_a共存的温度下进行第1热处理，然后冷却到L1₂相和D0₂₂相共存的温度，或者在该温度下进行第2热处理，能通过使Al相变化成（L1₂＋D0₂₂）共析组织而形成2重复相组织的工序进行制造。或者，由具备通过将上述组成的合金从高温的A1单相区域慢冷却而形成2重复相组织的工序的方法也能进行制造。

而且，作为工具20的材质，相对于以Ni为主成分且含有Al：2～9原子％、V：10～17原子％、Ta及/或W：0.5～8原子％、Nb：0～6原子％、Co：0～6原子％、Cr：0～6原子％的合计100原子％的组成的合计重量，含有B：10～1000重量ppm且具有由初析L1₂相和（L1₂＋D0₂₂）共析组织构成的2重复相组织的Ni基2重复相金属互化物合金，在耐热及耐磨损性上优良这些方面是理想的。另外，在本说明书中，上述“～”分别包含上限值、下限值。

通过含有0.5～8原子％的Ta及/或W能得到硬度的提高效果。

Nb、Co、Cr是任意成分，但Nb是为了提高2重复相组织的强度而添加的，另外，Co、Cr是为了提高耐氧化性而添加的。

B是为了提高得到的合金的延展性而添加的。

另外，由于具有由初析L1₂相和（L1₂＋D0₂₂）共析组织构成的2重复相组织，所以金属互化物合金成为在拉伸强度等机械特性、耐蠕变特性上优良的合金。

另外，作为工具20的材质，Ni基2重复相金属互化物合金也与上述的合金同样，在耐热及耐磨损性上优良这些方面是理想的，其相对于以Ni为主要成分且含有Al：5.5～13原子％、V：10～17原子％、Nb：0～6原子％、Ti：0～6原子％、Co：0～6原子％、Cr：0～6原子％的合计100原子％的组成的合计重量，含有B：10～1000重量ppm且具有由初析L1₂相和（L1₂＋D0₂₂）共析组织构成的2重复相组织。

工具20的制造，也可以由熔化铸造法、热锻造铸造件等塑性加工、粉末冶金法等赋形。例如，Ni基2重复相金属互化物合金的工具的制造，能由各种各样的制造方法进行，通过将以成为规定的组成的方式秤量了规定的元素的基体金属（纯度分别是99.9重量％以上）和B由真空感应熔化法、电弧熔化法等熔化、铸造来制作铸块。通过从此铸块适当使用放电加工、切削加工、磨削加工、研磨加工等加工成规定的形状来制造工具。

根据以上的工具20，通过与被加工件接触的工具主体21的前端面仅由平坦的肩面22形成，能使被加工件由摩擦热软化而主要在肩面22的径向进行塑性变形乃至流动来加工。由于工具20的肩面22平坦地形成，在肩面22上不设置容易磨损、损坏等的探头，所以工具20的寿命被提高。另外，由于不需要在肩面22上形成探头，所以能抑制制造工具20的工时、制造成本。进而，由于工具20由Ni基2重复相金属互化物合金构成，所以在耐热及耐磨损性上优良。因此，本摩擦加工用工具20，在被加工件的加工时即使在由摩擦热产生的高温下也能发挥需要的硬度（例如，在800℃，维氏硬度为400以上），即使没有探头，对由不锈钢等铁类材料构成的被加工件也能进行良好的接合等。特别是，适合用于将板厚为1.5mm以下的薄板作为被加工件进行对接接合。另外，由于工具20的肩面22没有探头地平坦地形成，所以即使在后述的工具再生机构5中，也能将对已磨损等的工具20的肩面22进行研磨的磨石51的外周面形状也做成平坦面，能做成制造容易的简单的形状。

（摩擦加工装置）

接着，作为摩擦加工装置的一实施方式，说明用于使成为被加工件的板材（工件）的端面对接而进行摩擦接合的摩擦搅拌接合装置。如图2所示，摩擦搅拌接合装置1，具备在用于配置工件W1、W2的基台7上对工件W1、W2进行摩擦接合的加工机构2。

在基台7上，设置了配置2块平板状的工件W1及工件W2的垫板夹具4，配置在垫板夹具4上的工件W1及工件W2，由设置在垫板夹具4上的工件压板6以使工件W1及工件W2对接的接合线L位于垫板夹具4的中央的方式固定。垫板夹具4，在工件W1、W2为铁类合金等高熔点材料的情况下最好使用氮化硅等陶瓷等，但不被限定于这些，垫板夹具4，也可以由以热传导率小的材料形成的平板构件、棒状构件等构成。

加工机构2具备保持工具20的工具保持部30、使工具20旋转的旋转用马达23、使工具保持部30升降的升降用马达85、使工具保持部30在横向移动的直线运动机构84。工具保持部30在下部具备装卸自由地安装工具20的工具保持架3。工具保持架3与工具旋转用马达32连结着，依靠此工具旋转用马达32的驱动，工具20与工具保持架3一起旋转。工具保持部30被安装成相对于滑块80升降自由，由设置在滑块80上的升降用马达85相对于基台7上下地自由地移动，由此，调节相对工件W1、W2而言的工具高度。另外，工具保持部30被安装成相对于滑块80转动自由，能将工具20设定成规定的超前角θ（参照图4）。滑块80被安装在具备一对导轨81、滚珠丝杠82及进给用马达83的直线运动机构84中的一对导轨81、滚珠丝杠82上，依靠进给用马达83的驱动与基台7平行地自由移动。

而且，在接合工件W1、W2时，将高速旋转（例如，500rpm～2000rpm左右）的工具20压附在工件W1及工件W2的接合线L的一端上。这样，接合线L周边的工件W1、W2由产生的摩擦热软化。而且，如果使工具20向接合线L的另一端移动，则接合线L周边的工件W1、W2由通过旋转产生的摩擦热连续地软化而主要在肩面22的径向进行塑性变形乃至流动，工件W1、W2的接合线L附近被进行摩擦接合。

在本实施方式中，因为仅通过使没有探头的工具20的平坦的肩面22与作为板材的对接部的接合线L上的表面压接进行摩擦接合，所以需要使摩擦热充分达到接合的板材的里面，成为被加工件的板材最好是薄板。因此，适合用于对作为被加工件的板材（工件W1、W2）是由铁类材料构成的薄板，接合板厚为1.5mm以下的薄板进行接合。另外，即使薄板的板厚超过1.5mm，通过作为配置在薄板的里面上的垫板夹具4采用能隔断来自薄板的里面侧的放热的热传导率小的材质（例如，Si₃N₄），能进行良好的接合。此垫板夹具4，热传导率越小，从与薄板抵接的工具20的肩面22开始的薄板的软化的深度越增加，其结果，能得到良好的接合。

而且，用于此摩擦搅拌接合装置1的工具20，最好是肩径相对于作为被加工件的薄板的板厚的比率被设定成为6.5以上15以下的范围的大小。进而，摩擦搅拌接合装置中的摩擦接合条件，最好是以工具20的进给速度在500mm/min以上900mm/min以下进行加工的方式设定。另外，工具20的转速，能设为在工具被压接在被加工件上时，由摩擦热发热到约800～约1000℃左右的转速。例如，工具20的转速，最好是在700rpm以上1800rpm以下的范围内设定。进而，工具20的超前角θ（参照图4），最好是在例如2度以上5度以下的范围内设定。

通过以上的条件设定，由没有探头的摩擦加工用工具20，对作为被加工件由不锈钢等铁类材料构成的薄板（W1、W2）的对接部也能进行良好的接合。另外，工具20，由于不需要像以往的那样将探头插入被加工件的对接部的端面之间，所以不需要以高的精度控制工具20的深度方向的位置。

（工具再生机构）

另外，摩擦搅拌接合装置1，具备作为使工具20再生的工具再生机构的工具磨削装置5。工具磨削装置5，是用于磨削因被加工件的加工而磨损等的工具20的肩面22而复原成原来的平面形状进行再生的装置，与垫板夹具4邻接地配置在基台7上的一方侧（参照图2）。而且，如图3所示，工具磨削装置5，具备形成在圆板状的磨石支承板52的外周的磨石51和与安装在磨石支承板52上的旋转轴58连接而使磨石51旋转的磨石旋转用马达53。作为磨石51，最好使用金刚石磨石等，以便工具20的磨削能顺利地进行，但不被限定于此，例如，也可以是由立方晶体人造立方氮化硼的那样的立方晶体氮化硼（CBN）等制作的磨石。另外，磨石51，为了使得从工具20及磨石51产生的磨削屑等不向外部飞散，由罩54覆盖，在此罩54上，将配置工具20的工具插入口56设置在上面上，同时，将排出磨削屑等的排出口57设置在下面上。

然后，参照图3，在工具20的再生时，使磨损等的工具20一边旋转一边向工具磨削装置5的上方移动，使前端的肩面22与旋转的磨石51抵接来进行磨削。由此，工具20的肩面22被再生成原来的平坦的状态。

另外，参照图4，由于通过以工件W1、W2的接合线L延伸的方向和磨石51的旋转方向一致的方式将工具磨削装置5配设在基台7上，即使使工具20保持超前角θ的状态不变也能由磨石51磨削，所以能容易地进行工具20的再生操作。

在上述再生操作时，磨石51的圆周速度在CBN（立方晶体氮化硼）、金刚石磨石的情况下被设定成5～80m/sec左右，但不被限于此。由此，在一边使工具20旋转一边使磨石51旋转而进行磨削时，能使工具20不会缺损等地顺利地进行磨削。另外，此再生时的工具20的转速，考虑磨石51的种类、磨石51的圆周速度等而设定最适合于磨削的转速。通常作为比较慢的转速，例如，工具20的转速，最好设定在100rpm左右，但不被限定于此。

另外，在磨削此工具20时，也可以向磨石51周边供给冷风及/或喷雾。由此，通过在工具磨削时供给冷风及/或喷雾，能使磨石51的磨削面的粗糙度变细，能平滑地且有效地磨削工具20。

通过以上的再生操作，即使工具20的肩面22磨损等，也能由工具磨削装置5将肩面22复原成平面状态而进行再生。因此，由于能将磨损等的工具20通过再生而再使用，所以能进一步提高工具20的寿命，减少工具更换频度。特别是，由于在本摩擦加工用工具20上没有探头，所以能简易地形成磨石51的结构，再生变得容易。

进而，在使工具20旋转的工具旋转用马达32上，虽未图示，但连接了检测工具20的旋转转矩的转矩检测部（未图示），此转矩检测部，在由磨石51磨削工具20的过程中也检测工具20的旋转转矩。而且，以如果在工具磨削中由转矩检测部检测的旋转转矩达到规定的设定值则停止磨削加工的方式进行控制的控制机构（未图示）被设置在摩擦搅拌接合装置1上。作为停止磨削加工的旋转转矩的设定值，由于与在工具20的肩面22因摩擦接合而磨损等而平面平滑性变无的状态下磨削时的旋转转矩相比，因磨削而变得平滑时的旋转转矩变小，所以如果旋转转矩减小而维持规定时间一定值则停止磨削加工。

由此，通过在工具再生时由转矩检测部检测工具20的旋转转矩，例如将肩面22变成光滑的平面时的旋转转矩的值作为设定值，在旋转转矩成为此设定值时停止再生，则能没有时间的浪费也不会过分磨削地进行良好的工具再生。

另外，本发明不限定于上述实施方式，在本发明的范围内可以实施各种各样的变更。例如，上述转矩检测部检测工具旋转用马达32的旋转转矩，但也可以检测磨石旋转用马达53的旋转转矩。

实施例

为了确认作为摩擦加工用工具，即使没有探头也能进行良好的摩擦接合，进行了以下的实施例。

（实施例1）

摩擦加工用工具使用如下的结构：肩径为10mm，如图1所示肩面被形成为平坦的平面，没有探头，由图2所示的摩擦搅拌接合装置，使板厚为1.0mm的由SUS430构成的2块薄板（被加工件）对接来进行摩擦接合。

摩擦加工用工具的材质，是相对于含有75原子％的Ni、7原子％的Al、13原子％的V、5原子％的Ta的合计100原子％的组成的合计重量，含有50重量ppm的B且具有由初析L1₂相和（L1₂＋D0₂₂）共析组织构成的2重复相组织的Ni基2重复相金属互化物合金。

薄板的垫板夹具，在图2所示的摩擦搅拌接合装置中，使用板状的垫板夹具，在实施例1中，在接合方向并列地使用了3根由氮化硅（Si₃N₄）制成、30×30mm角、长度100mm的角材。

摩擦接合条件，以如下的方式设定：使工具一边以超前角为3度、工具转速为1500rpm旋转，一边压附在作为上述被加工件的2块薄板的接合线上，在工具由摩擦热发光成橙色之后，以进给速度为900mm/min呈直线状地移动250mm，将对接了2块薄板的接合线进行了摩擦接合。另外，加工时的对工具施加的负荷设定成约0.7ton。

而且，接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图5的照片中。

（拉伸试验）

接着，为了调查上述薄板的对接接合的接合部的强度，在与接合部的接合方向正交的方向上切掉一块制作试验片，以JISZ2241“金属材料拉伸试验方法”为标准进行了拉伸试验。

试验片，以JISZ 2201 5号试验片的形状为标准，做成了宽度25mm、平行部长度50mm。另外，测定时的十字头速度为20mm/min。

（实施例2）

在实施例2中，摩擦加工用工具除了使用了肩径做成12mm的工具以外，与实施例1同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例2，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图6的照片中。

（实施例3）

在实施例3中，摩擦加工用工具使用肩径做成了14mm的工具，另外，摩擦接合条件除了工具进给速度700mm/min以外，与实施例1同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例3，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图7的照片中。

（实施例4）

在实施例4中，摩擦加工用工具使用肩径做成了12mm的工具，另外，作为被加工件的薄板做成板厚为0.8mm的薄板，进而，摩擦接合条件，除了使工具进给速度为550mm/min以外，与实施例1同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例4，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图8的照片中。

（实施例5）

在实施例5中，摩擦接合条件除了使工具进给速度为650mm/min以外，与实施例4同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例5，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图9的照片中。

（实施例6）

在实施例6中，摩擦加工用工具除了使用了肩径做成8mm的工具以外，与实施例1同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例6，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图10的照片中。

（实施例7）

在实施例7中，摩擦接合条件除了使工具进给速度为700mm/min以外，与实施例6同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例7，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图11的照片中。

（实施例8）

在实施例8中，摩擦接合条件除了使工具进给速度为500mm/min以外，与实施例6同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例8，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图12的照片中。

（实施例9）

在实施例9中，作为被加工件的薄板做成板厚为1.5mm的薄板，另外，摩擦接合条件除了使工具进给速度为700mm/min以外，与实施例1同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例9，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图13的照片中。

（实施例10）

在实施例10中，摩擦接合条件除了使工具进给速度为500mm/min以外，与实施例9同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例10，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图14的照片中。

（实施例11）

在实施例11中，作为被加工件的薄板做成板厚为0.8mm的薄板，另外，摩擦接合条件除了工具转速为1000rpm、使工具进给速度为500mm/min以外，与实施例1同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例11，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图15的照片中。

（实施例12）

在实施例12中，摩擦加工用工具使用将肩径做成14mm的工具，另外，作为被加工件的薄板做成板厚为1.5mm的薄板，进而，摩擦接合条件除了工具转速为900rpm、使工具进给速度为500mm/min以外，与实施例1同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例12，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图16的照片中。

（实施例13）

在实施例13中，摩擦加工用工具使用肩径做成了12mm的工具，摩擦接合条件除了工具转速为800rpm，使工具进给速度为500mm/min以外，与实施例1同样地进行摩擦接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于实施例13，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图17的照片中。

（参考例）

在参考例中，摩擦加工用工具，使用将肩径做成12mm、在肩面的中央设置了半径2mm、高度0.73mm的呈球面状地突出的探头的工具，另外，摩擦搅拌接合条件除了使工具转速为1400rpm以外，与实施例1同样地进行摩擦搅拌接合，制作试验片进行了拉伸试验。

而且，对于参考例，在接合后，薄板的接合部中的施工状态表示在图18的照片中。

在表1中表示以上的各实施例、参考例的条件及结果。

[表1]

从表1可知，在各实施例中，SUS430的薄板（板厚0.8～1.5mm）的摩擦接合了的接合部的施工状态，在外观上，无论哪一个都是良好的。因此，即使是使用了由Ni基2重复相金属互化物合金构成并没有探头的工具的各实施例，也与使用了具有同材质的探头的工具的参考例同样，薄板的接合部得到了良好的精加工状态。

另外，对于拉伸强度，各实施例也都处于492～566N/mm²的范围内，即使与参考例的535N/mm²比较，也得到了不逊色的程度的良好的接合力。另外，在与由实施例所示的上述拉伸试验相同条件下测定的SUS430母材的拉伸强度，因为N=3的平均是519N/mm²，所以上述各实施例的拉伸强度，即使与SUS430母材比较也能得到不逊色的充分的强度。

由以上可知，即使使用由Ni基2重复相金属互化物合金构成并没有探头的工具，也能以与使用了以往的那样的有探头的工具的情况相比几乎不变的品质进行SUS430的薄板的摩擦接合。

符号说明：

1:摩擦搅拌接合装置（摩擦加工装置）

2:加工机构

5:工具再生机构（工具磨削装置）

20:摩擦加工用工具

21:工具主体

22:肩面

51:磨石

L:接合线

W1，W2:工件（被加工件）

θ:超前角

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种摩擦加工用工具，用于由一边相对于金属材料的被加工件旋转一边压接而产生的摩擦热使被加工件软化而进行加工，其特征在于，

具备材质由Ni基2重复相金属互化物合金构成的圆柱状的工具主体，与被加工件接触的工具主体的前端面仅由平坦的肩面形成，用于铁类材料的被加工件。

2.如权利要求1记载的摩擦加工用工具，其特征在于，

上述工具主体中的肩径相对于被加工件的板厚的比率（肩径/板厚）被设定为6.5～15。

3.如权利要求1或2记载的摩擦加工用工具，其特征在于，上述工具主体的前端面仅由平坦的肩面形成，该肩面由凸曲面或凹曲面构成。

4.一种摩擦加工装置，具备加工机构，该加工机构使摩擦加工用工具相对于金属材料的被加工件一边旋转一边压接而在加工方向相对移动，其特征在于，

上述摩擦加工用工具是权利要求1～3的任一项记载的摩擦加工用工具，

上述加工机构的工具进给速度被设定成500～900mm/min，

上述的摩擦加工用工具及加工机构的条件，是对作为被加工件由板厚为1.5mm以下的铁类材料构成的薄板的设定。

5.一种摩擦加工装置，具备加工机构，该加工机构使摩擦加工用工具相对于金属材料的被加工件一边旋转一边压接而在加工方向相对移动，其特征在于，

具备工具再生机构，该工具再生机构由磨石磨削因摩擦加工而磨损了的摩擦加工用工具中的仅由肩面形成的前端面，

6.一种摩擦加工方法，通过使摩擦加工用工具相对于金属材料的被加工件一边旋转一边压接而在加工方向相对移动，由摩擦热使被加工件软化来进行加工，其特征在于，

摩擦加工用工具是权利要求1～3的任一项记载的摩擦加工用工具，作为被加工件使用肩径相对于由板厚为1.5mm以下的铁类材料构成的薄板的板厚的比率为6.5～15的被加工件，对被加工件进行加工。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

基于条约第19条（1）的说明书

权利要求第1项的摩擦加工用工具的发明，将修改前的权利要求第2项加入进来，同时明确了用于铁类材料的被加工件。

权利要求第2项，基于修改前的权利要求第3项记载的“摩擦加工用工具，肩径相对于成为被加工件的薄板的板厚的比率为6.5～15”的记载，作为从属于权利要求第1项的摩擦加工用工具置换成新的内容。

权利要求第3项，删除修改前的内容，基于说明书的段落的记载，作为从属于权利要求第1项或第2项的摩擦加工用工具置换成新的内容。

权利要求第4项，将摩擦加工装置的发明内容改写成独立形式，同时明确了使用修改后的权利要求第1项～第3项的任一项的摩擦加工用工具，加入了修改前的权利要求第3项的“加工机构的工具进给速度被设定成500～900mm/min”的内容。

权利要求第5项，将摩擦加工装置的发明改写替换成独立形式，同时明确了使用修改后的权利要求第1项～第3项的任一项的摩擦加工用工具。

权利要求第6项，明确了使用修改后的权利要求第1项～第3项的任一项的摩擦加工用工具。

Claims

2.如权利要求1记载的摩擦加工用工具，其特征在于，

其材质由Ni基2重复相金属互化物合金构成。

3.一种摩擦加工装置，具备加工机构，该加工机构使摩擦加工用工具相对于金属材料的被加工件一边旋转一边压接而在加工方向相对移动，其特征在于，

加工机构的工具进给速度被设定成500～900mm/min。

4.如权利要求3记载的摩擦加工装置，其特征在于，

5.如权利要求3或4记载的摩擦加工装置，其特征在于，