特許 7591648 摩擦撹拌接合ツールインサート

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-20

(45)【発行日】2024-11-28

(54)【発明の名称】摩擦撹拌接合ツールインサート

(51)【国際特許分類】

   B23K 20/12 20060101AFI20241121BHJP

【ＦＩ】

B23K20/12 344

【請求項の数】 21

(21)【出願番号】P 2023513410

(86)(22)【出願日】2021-09-01

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-09-14

(86)【国際出願番号】 EP2021074114

(87)【国際公開番号】W WO2022049113

(87)【国際公開日】2022-03-10

【審査請求日】2023-02-24

(31)【優先権主張番号】2013686.7

(32)【優先日】2020-09-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(73)【特許権者】

【識別番号】517007574

【氏名又は名称】エレメント シックス （ユーケイ） リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100094569

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 伸一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100103610

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼田 和彦

(74)【代理人】

【識別番号】100109070

【弁理士】

【氏名又は名称】須田 洋之

(74)【代理人】

【識別番号】100119013

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 一夫

(74)【代理人】

【識別番号】100123777

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 さつき

(74)【代理人】

【識別番号】100111796

【弁理士】

【氏名又は名称】服部 博信

(74)【代理人】

【識別番号】100123766

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 七重

(72)【発明者】

【氏名】ゴーシュ サントーヌ

(72)【発明者】

【氏名】アンデシン スティグ オーケ

【審査官】柏原 郁昭

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２００６／０１６９７４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００６－２１２６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００３－５３２５４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００７６９５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１６／１６３２１４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－０３１８６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／０７４１６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－０３６６６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ２０／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

長手方向回転軸を有する摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）ツールインサートであって、撹拌ピン及び撹拌ピンの周りに同軸に取り付けられた環状ショルダーを含み、前記撹拌ピン及び前記環状ショルダーがそれぞれ、多結晶立方晶窒化ホウ素を含み、前記環状ショルダーが、１～１２ｍｍの厚さを有する薄いディスクであり、前記ショルダーが、テーパーのついた中央開口部を含み、それを通して前記撹拌ピンが突出する、ＦＳＷツールインサート。

【請求項2】

前記ディスクが、２～１２ｍｍの厚さを有する、請求項１に記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項3】

前記ショルダーが、炭化物支持体を有する、請求項１又は２に記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項4】

前記ショルダーが、いかなる支持体によっても裏打ちされない、請求項１又は２に記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項5】

前記ショルダーが、上側平表面上に少なくとも１種のらせん状外形を含む、請求項１～４のいずれかに記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項6】

前記ショルダーが、４．５ｍｍ～７５ｍｍの外半径を有する、請求項１～５のいずれかに記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項7】

前記ショルダーが、フランジを更に含む、請求項１～６のいずれかに記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項8】

前記撹拌ピンが、境界域で第２のピン部から離れて先端方向に延びる円錐形の第１のピン部を含む、請求項１～７のいずれかに記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項9】

前記撹拌ピンが、第１のピン部及び／又は第２のピン部中又はそれらの上に設けられた地形学的形状を誘導する撹拌を更に含み、前記撹拌が誘導する地形学的形状が、らせん状及び／又は平坦状である、請求項８に記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項10】

前記第２のピン部が、境界域に近接したウエスト部を含み、前記ウエスト部が、中間部に延び、前記中間部が、基部に延び、前記ウエスト部は円錐台であり、前記中間部は円筒であり、前記基部は円錐台であり、これらは全て端と端で相互に当接して積層され、且つ一体形成される、請求項８又は９に記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項11】

前記第２のピン部が、最大５０ｍｍの外径を有する、請求項８～１０のいずれかに記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項12】

前記第２のピン部が、２５ｍｍ～５０ｍｍの外径を有する、請求項８～１１のいずれかに記載のＦＳＷツールインサート。

【請求項13】

ツールホルダー及び請求項１～１２のいずれかに記載のＦＳＷツールインサートを含むツール組立体であって、前記ツールホルダーが、前記ツールインサートを受ける保持部材、及び細長い前記保持部材に結合した本体部材を含む、ツール組立体。

【請求項14】

前記保持部材が、前記ツールインサートを受けるために、凹型のカップを含む、請求項１３に記載のツール組立体。

【請求項15】

前記保持部材が、前記凹型のカップ内の撹拌ピンの前記基部のみを受けるように構成される、請求項１０に従属する、請求項１４に記載のツール組立体。

【請求項16】

前記ショルダーの下側平表面が、組立てられた状態で前記ツールホルダーに当接する、請求項１３～１５のいずれか１項に記載のツール組立体。

【請求項17】

前記ショルダーの内側環状表面が、組立てられた状態で前記撹拌ピンのウエスト部に当接する、請求項１０～１２に従属する、請求項１３～１６のいずれかに記載のツール組立体。

【請求項18】

前記ツールホルダーが、ニッケル系合金を含む、請求項１３～１７のいずれかに記載のツール組立体。

【請求項19】

前記ショルダー及び前記ツールホルダーの周りに取り付けられた止めナットを更に含む、請求項１３～１８のいずれかに記載のツール組立体。

【請求項20】

前記ショルダーと前記ツールホルダーとの間の相対回転を防ぐために、協調動作する一連の係止部品を更に含む、請求項１３～１９のいずれかに記載のツール組立体。

【請求項21】

複数セットの協調動作する係止部品を含む、請求項２０に記載のツール組立体。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、撹拌ピン及びショルダーを含む、二部品の摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）ツールインサートに関する。本開示は更に、ツールホルダー及びツールインサートを含むツール組立体に関する。

【背景技術】

【0002】

摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）は、回転ツールを、結合される２つの隣接する被加工物と強制的に接触させ、ツールの回転により被加工物の摩擦及び粘性加熱を発生させる。混合により塑性域に沿って広範な変形が起こる。塑性域の冷却時に、被加工物は溶接継手に沿って結合される。被加工物は固相のままであるので、この工程は、技術的には溶接工程ではなく鍛造工程であり、慣例により溶接又は摩擦撹拌接合と呼ばれるため、ここではその慣習に従っている。

【0003】

低温金属のＦＳＷの場合、ツール／ツールホルダー全体が形状工具鋼の一体成形品であり得、この場合「プローブ」と呼ばれる場合が多い。対照的に、ツールが鋼などのより高い温度の合金の溶接用の場合には、ツールは２つ以上の部品からなることが多い。ツールは、溶接される材料と直接接触する末端要素は多くの場合「パック」又は「ツールインサート」とよばれ、ツールの残りの部分は「ツールホルダー」と呼ばれる。ツールホルダーは、パックを確実に保持し、ＦＳＷ装置に装着する。ツールパック及びツールホルダーは一緒に、「ツール」又は「ツール組立体」を構成する。ツールパックは通常、ショルダー及び撹拌ピンを形成する形状になっており、多くの場合撹拌ピンの表面に逆らせん状の切り込みを有し、それにより回転中に金属をピンの方向に引っ張り、その金属をピンにより形成されている孔の中に押し込む。

【0004】

ピンの長さは通常、目的の溶接の深さの９５％、例えば、６ｍｍ厚さの鋼のルート欠陥のない全層突合わせ溶接では、ピン長さは５．７ｍｍである。ＦＳＷ操作での主要課題の１つは、厚さが１２ｍｍを超える板状被加工物の溶接である。板の厚さが増大すると、必要とされるピン長さを得るのが困難になる場合がある。

【0005】

米国特許出願公開第２００６／０１６９７４７号は、シャンク部、シャンク部分と取り外し可能に係合可能なショルダー部分、及びシャンク部分と取り外し可能に係合可能なピンを有する摩擦撹拌接合ツールを開示している。シャンク部分１１、ショルダー部分５０及びピン９０は、タングステン、モリブデン、レニウム及びそれらの合金などの高温耐熱金属を含む群から選択される金属又は金属合金、窒化ホウ素及び関連化合物などのセラミックス；ならびにタングステン及びそれらの関連炭化物から作製される。その中に記載の作製物の欠点は、ＦＳＷツールを製造するのに大量の材料が必要である一方で、コストの最小化及び寿命の最大化が必要なことである。

【0006】

出願者の同時係属出願ＧＢ１９１７９０７．６に記載のものなどの多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）から作成されるツールパックは、比較的経済性に優れ、耐久性が高い。しかし、このようなＰＣＢＮパックの製造工程の制約は、パックが作製される大きな塊状のＰＣＢＮ部品が必要であることである。１２ｍｍピン高さのパックを作製するために、単一結晶からなるＰＣＢＮブロックは直径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍもの大きさにする必要があり、これにより、１２ｍｍの板厚さを溶接することになる。これより大きい単一結晶からなるＰＣＢＮブロック（従って、ＰＣＢＮパック）は、ＰＣＢＮ焼結工程中に使用される高圧高温（ＨＰＨＴ）プレスの制限に起因して、現時点では、実施可能ではない。より大きなプレスは、材料の均一性を損なう可能性がある。手短に言えば、現状で実際に到達可能なＰＣＢＮパックのサイズは、１２ｍｍ未満の厚さを有する板を溶接できる程度に制限される。

【0007】

１２ｍｍより大きい板厚を溶接できるＦＳＷパックを提供することは本発明の１つの目的である。

【発明の概要】

【0008】

本発明の第１の態様では、長手方向回転軸を有する摩擦撹拌接合（ＦＳＷ）ツールインサートが提供され、前記ツールインサートは、撹拌ピン及び撹拌ピンの周りに同軸に取り付けられた環状ショルダーを含み、撹拌ピン及び環状ショルダーはそれぞれ、多結晶立方晶窒化ホウ素を含み、環状ショルダーは、１～１２ｍｍの厚さを有する薄いディスクであり、ショルダーは、テーパーのついた中央開口部を含み、それを通して撹拌ピンが突出する。
場合により、ディスクは、２～１２ｍｍの厚さを有する。好ましくはディスクの厚さは、３～１２ｍｍである。より好ましくは、ディスクの厚さは、４～１２ｍｍである。

【0009】

ショルダーは、炭化物の支持体を含み得る。あるいは、ショルダーは裏打ち、すなわち支持体が無くてもよい。
好ましくは、ショルダーは、上側平表面上に少なくとも１種のらせん状外形を含み、上側表面は、撹拌ピンに近接している。
場合により、ショルダーは、４．５ｍｍ～７５ｍｍの外半径を有する。
場合により、ショルダーはフランジを更に含む。
好ましくは、撹拌ピンは、境界域で第２のピン部から離れて先端方向に延びる円錐形の第１のピン部を含む。

【0010】

場合により、撹拌ピンは、第１のピン部及び／又は第２のピン部中又はそれらの上に設けられた地形学的形状を誘導する撹拌を更に含む。好ましくは地形学的形状を誘導する撹拌は、らせん状及び／又は平坦状である。
場合により、第２のピン部は、外向きにテーパーをつけた境界域に近接したウエスト部を含み、ウエスト部は、外向きにテーパーをつけた中間部に延び、中間部は、内向きにテーパーをつけた基部に延びる。
場合により、第２のピン部は、最大５０ｍｍの外径を有する。場合により、第２のピン部は、２５ｍｍ～５０ｍｍの外径を有する。

【0011】

本発明の第２の態様では、本発明の第１の態様によるツールホルダー及びＦＳＷツールインサートを含むツール組立体が提供され、ツールホルダーは、ツールインサートを受ける保持部材、及び保持部材に結合した細長い本体部材を含む。
場合により、保持部材は、ツールインサートを受けるために凹型のカップを含む。
場合により、保持部材は、凹型のカップ内の撹拌ピンの基部のみを受けるように構成される。
場合により、ショルダーの下側平表面は、組立てられた状態でツールホルダーに当接する。
場合により、ショルダーの内側環状表面は、組立てられた状態で撹拌ピンのウエスト部に当接する。
好ましくは、ツールホルダーは、ニッケル系合金を含む。好ましくは、ニッケル系合金は、ニモニック（登録商標）８０Ａ合金又は類似品である。ニモニック（登録商標）８０Ａ合金は、ニッケル－クロム系合金であり、チタン、アルミニウム及び炭素の添加物を含む。
場合により、ツールホルダーは、ショルダー及びツールホルダーの周りに取り付けられた止めナットを更に含む。
場合により、ショルダーとツールホルダーの間の相対回転を防止するために協調動作する一連の係止部品を更に含む。場合により、ツールホルダーは、複数セットの協調動作する係止部品を含むのが好ましい。
本発明は以降で、添付の図面を参照しながら、例示の目的のみでより詳細に記載される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】先行技術の摩擦撹拌接合ツールの部分的側面図を示す。

【図2】図１のツール、ツールホルダー及びツールホルダーにツールを固定する締付けカラーを含む先行技術のツール組立体の側面図を示す。

【図3】本発明によるツールインサートの斜視図を示し、ツールインサートは、撹拌ピン及びショルダーを含む。

【図4】図３のツールインサートの平面図を示す。

【図5】図３のツールインサートの側面図を示す。

【図6】図４の切断面Ｃ－Ｃを通る断面図を示す。

【図7】図３のショルダーの断面図を示す。

【図8】図７のショルダーの平面図を示す。

【図9】図３の撹拌ピンの斜視図を示す。

【図10】図９の撹拌ピンの平面図を示す。

【図11】図９の撹拌ピンの側面図を示す。

【図12】図３のツールインサートと連結するためのツールホルダーの斜視図を示す。

【図13】図１２のツールホルダーの平面図を示す。

【図14】図１３の切断面Ｃ－Ｃを通る断面図を示す。

【図15】図３のツールインサート及び図１２のツールホルダーを含むツール組立体の斜視図を示す。

【図16】図１５のツール組立体の側面図を示す。

【図17】図１５のツール組立体の平面図を示す。

【図18】図１７の切断面Ｃ－Ｃを通るツール組立体の断面図を示す。

【図19】図１７の切断面Ｃ－Ｃを通り、ツールホルダーの周りに取り付けられた止めナットを有するツール組立体の断面図を示す。

【図20】別のツールホルダー、特に、協調動作する係止部品の第１の実施形態の平面図を示す。

【図21】更に別のツールホルダー、特に、協調動作する係止部品の第２の実施形態の平面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0013】

（図面の詳細な説明）
図１及び２を参照すると、先行技術のＦＳＷツールインサートの全体が１０で示されている。ツールインサート１０は、ＦＳＷ中にその周りを回転する回転軸１２を有する。（この回転軸は、主にツールインサートへ加工された非対称ネジ山の型が原因で、回転対称の軸ではないことに留意されたい）。使用時には、ツールインサート１０は、ツールホルダー１４に焼嵌めされる。締付けカラー１６は、ツールインサート１０をツールホルダー１４の所定位置に固定する。

【0014】

ツールインサート１０は、撹拌ピン１８、ショルダー２０及び本体部分（図示せず）を、全て相互に軸芯出し状態で含む。撹拌ピン１８、ショルダー２０及び本体部分は、全て相互に一体形成される。この一体型のツールインサートは、１２ｍｍ未満の厚さを有する板の溶接に制限される。

【0015】

撹拌ピン１８は、丸みをつけた先端２２からショルダー２０まで延びる。ショルダー２０は、実質的に円筒形であり、撹拌ピン１８の円形基部より大きな直径を有する。撹拌ピン１８は、先端２２からショルダー２０まで延在する彫り込まれたらせん状外形を有する。従って、撹拌ピン１８は通常、円錐形のプロファイルを有する。らせんは、平面経路２４を有し、これは軸方向を向いている。ツールインサート１０の作業面２６は、半径方向を向いている。いくつかの三面２８は、らせん中に設けられる。各三面２８は、平面経路２４のエッジ面取りである。ショルダー２０は、軸方向に延び、本体部分と接触する。本体部分は、ツールホルダー１４と結合するように構成される。

【0016】

使用時には、ツールの回転は、らせんが被加工材料をショルダー２０の端部から中心へと流動させ、次いで撹拌ピン１８の長さに沿って下方へ流動させ、被加工材料を撹拌ゾーン内で循環させ、ツールが旋回するのに伴い、ピンにより形成された空隙を満たす。このような循環は、得られた溶接中の均質な微細構造を促進すると理解される。

【0017】

次に図３～６を見てみると、本発明による二部品のツールインサートの実施形態の全体が１００で示されている。ツールインサート１００は、撹拌ピン１０４の周りに同軸に取り付けられたショルダー１０２を含む。言及されている軸は、以前の補足説明の通り、回転軸である。

【0018】

別々に製造された後に撹拌ピン及びショルダーは一緒に焼嵌めされて、組み立てられ、それにより、ツールインサートが形成される。ショルダー及び撹拌ピンに使用される材料は相互に異なってよく、単一結晶ではない。２つの構成要素が使用中に異なる応力及び温度条件を受けるので、これは有用である。従って、それらは、異なる材料特性及び構造的特徴を必要とし、それに応じて、それらのデザインを変えることができる。同様に、２つの構成要素に対する摩擦の要件も変わる。多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）から製造されるツールインサートの場合、二部品の配置では、大部分が要件を満たすような単一の極めて大きなサイズのブロックから両方の構成要素を作製するのではなく、撹拌ピンがＰＣＢＮの第１のブロックから、ショルダーがＰＣＢＮの第２のブロックから作製できるので、特に有用である。ＰＣＢＮ構成要素の場合、焼嵌めは特に重要である；鋼製構成要素では、異なる形態の連係が必要となるであろう。

【0019】

図７及び８で最もよくわかるように、ショルダー１０２は、１ｍｍ～１２ｍｍ、好ましくは２～１２ｍｍ、より好ましくは３～１２ｍｍ、及び更に好ましくは４～１２ｍｍの厚さを有する環状ディスク１０６を含む。環状ディスク１０６は、炭化物基材１１０（通常、「支持体」と呼ばれる）で裏打ちされたＰＣＢＮ層１０８を含む。支持体１１０はオプションであり、通常、ＰＣＢＮ層の厚さに応じて取り除くことができ、その代わりに、自立型ＰＣＢＮ環状ディスクを使用し得る。上述の厚さの範囲は、任意の支持体の厚さを包含する。

【0020】

ショルダー１０２はまた、撹拌ピン１０４に対するショルダー１０２の滑りを最小化するのを補助するために、後で更に詳細に説明されるように、フランジ１１１を含む。
ショルダーの外半径は、（フランジの周辺端部まで測定して）４．５ｍｍ～７５ｍｍであり、ＰＣＢＮ材料で容易に達成可能である。これは同様に、裏打ちされたＰＣＢＮディスクを用いるという製造の観点からも達成可能である。
環状ディスク１０６は、中央貫通孔又は開口部１１２を含み、これは、上側の第１の表面１１４から下側の第２の表面１１６に向けて外向きにテーパーがつけられている。環状ディスク１０６の第１及び第２の表面１１４、１１６は、平面状で平行である。環状ディスク１０６の向きは、組み立てられた状態で上側の第１の表面１１４が撹拌ピン１０４に最も近く、下側の第２の表面１１６が最も遠くなるような向きである。開口部１１２のテーパーは、撹拌ピン１０４の周りのショルダー１０２の密接結合を確保するのを補助する。組み立て後、撹拌ピン１０４は、開口部１１２を通って突出する。
図８で最もよくわかるように、ショルダー１０２は、第１の上側面１１４に加工されたらせん状外形１１８を含む。らせん１１８は、ＦＳＷ中に、撹拌ピン１０４の周りの金属の流れを柔らかくする。

【0021】

次に図９～１１を見てみると、撹拌ピン１０４は境界域１２４で接触する、第１及び第２のピン部１２０、１２２を含む。第１のピン部１２０は、円錐形であり、境界域１２４の第２のピン部１２２から離れて尖った先端１２６に向けて延びる。第１のピン部１２０は、らせんを形成するために外表面に加工された平面経路１２８と共に、らせん状に境界域１２４に向けて下方へ進む。いくつかの三面１３０がらせんの一部として設けられる。境界域１２４の第１のピン部１２０の直径は、同じ面に沿った第２のピン部１２２の直径より小さく、それにより、第１のピン部１２０は、半径方向で内側に向かって階段状である。

【0022】

図１１でもっともよくわかるように、第２のピン部１２２は、外向きにテーパーをつけた境界域１２４に近接したウエスト部１３２を含み、ウエスト部１３２は、外向きにテーパーをつけた中間部１３４に延び、中間部１３４は、内向きにテーパーをつけた基部１３６に延びる。換言すれば、ウエスト部１３２は、円錐台であり、中間部１３４は円筒であり、基部１３６は円錐台であり、これらは全て端と端で相互に当接して積層されているが、一体形成される。撹拌ピン１０４とショルダー１０２が一緒に組み立てられる場合、ショルダー開口部１１２（図７参照）の内側環状面１３８は、ウエスト部１３２と当接する。
第２のピン部１２２は、最大５０ｍｍの外径を有する。外径は、撹拌ピン１０４の軸中心から最外表面まで測定される。この実施形態では、最大の直径は、中間部１３４にある。好ましくは、第２のピン部１２２は、２５ｍｍ～５０ｍｍの外径を有する。ショルダー開口部１１２は、それに対応したサイズである。
撹拌ピン１０４は、ＰＣＢＮを含み、一体成形物として形成される。撹拌ピン１０４は、ブロックが焼結された後で、単一結晶からなるＰＣＢＮブロックから加工される。任意の好適な、例えばレーザーを用いた加工技術を使用可能である。

【0023】

図１２，１３及び１４は、１４０で全体的に示されるツールホルダーに注目する。ツールホルダー１４０の目的は、ＦＳＷ操作中にツールインサート１００を支持することである。
ツールホルダー１４０は、図１２に示されるように、ツールインサート１００を受けるための保持部材１４２、保持部材１４２に結合された細長い本体部材１４４を含む。
保持部材１４２は、ショルダー１０２を少なくとも部分的に受ける浅い円形凹部１４６を含む（図１２参照）。円形凹部１４６は、平面接触面１５０の境界となる円周に延びる外周部１４８を形成する。保持部材１４２は、ツールインサート１００を受けるための平底カップ１５２を更に含む。カップ１５２は、円形凹部１４６中に取り付けられ、中央部に配置される。カップ１５２は、撹拌ピン１０４の基部１３６及び中間部１３４のみを受けるように構成される。保持部材１４２は、図１９に示すように、止めナット１５３を受けるために、外部にネジが切られている。
本体部材１４４は、円筒形本体１５４及び従来方式でＦＳＷ装置に連結するためのツールフラット１５６を含む。
ツールホルダー１４０、又は少なくとも保持部材１４２は、ニッケル系合金を含む。ニモニック（登録商標）８０Ａ合金が好ましい。

【0024】

次に図１５～１９を見てみると、ツール組立体の全体が１５８で示されている。ツール組立体１５８は、上で記載したツールインサート１００及びツールホルダー１４０を含む。
ツール組立体１５８が組み立てられる条件下にある場合、ショルダー１０２の下側の第２の表面１１６は、保持部材１４２の接触面１５０に面し、それに近接している。外周部１４８は、ショルダー１０２を所定位置に保持するために、ショルダー１０２に少なくとも部分的に結合し、どの横方向の動きも防止する。撹拌ピン１０４の基部及び中間部１３４、１３６は、凹型のカップ１５２内にぴったりと嵌合する。止めナット１５３は、ショルダー１０２のフランジ１１９に対して横方向に延びることにより、円形凹部１４６内にショルダー１０２を固定するのを補助する。
ツール組立体１５８は、ツールインサート１４０上の協調動作する係止部品１６０及びショルダー１０２を含む。いくつかの協調動作する係止部品は、ツールホルダー１５８の接触面１５０上に設けられる。残りの協調動作する係止部品１６０は、ショルダー１０２の下側の第２の表面１１６上に配置され得る。

【0025】

例えば、図２０では、協調動作する係止部品１６０は、ツールホルダー１４０の中心から外周部１４８に向けて半径方向に延びる４つのリブ１６０ａを含む。４つの対応した形状の凹部が、ショルダー１０２の下側の第２の表面１１６上に設けられる。リブ１６０ｂは、凹部中に収まり、ショルダー１０２及びツールホルダー１４０を一緒に固定して、それらの間の相対回転を防止する。従って、協調動作する係止部品１６０は、回転止めの役割を果たす。
同様に、図２１では、協調動作する係止部品１６０は、平面図で４つの三角形の隆起１６０ｂを含む。この場合も、隆起１６０ｂは、ツールホルダー１４０の中心から外周部１４８に向けて、三角形の基部から先端へ半径方向に延びる。４つの対応した形状の凹部が、ショルダー１０２の下側の第２の表面１１６上に設けられる。

【0026】

協調動作する係止部品１６０は、代わりに環状突出部又は「くぼみ」及びそれに対応する形状の凹部を含み得る。
他の形態、例えば、回転防止に十分である人工の組織形成された表面も想定される。
このリブ、隆起及び環状突出部は、ツールホルダー１４０上に、及び凹部はショルダー１０２上に配置されることが示唆されたが、その代わりに、それらがショルダー１０２上に、及び凹部がツールホルダー１４０上に配置されてもよい。
協調動作する係止部品１６０は、多数である必要はない。単一組の協調動作する係止部品１６０、例えば、１つの大きなリブ及び対応する形状の凹部でも、十分であり得る。

【0027】

簡潔に述べると、本発明者らは、二部品のＰＣＢＮツールインサートを設けることにより、従来達成できていない、１２ｍｍを超える厚さの板を溶接できる「大きな」ＰＣＢＮツールインサートを製造可能であるということを、発見した。コストは、比較的薄いディスクのみをショルダーとして、それほど大きくない固体ブロックを使用することにより、最小化される。

【0028】

本発明を実施形態を基準にして詳細に示し説明してきたが、当業者であれば、添付された特許請求の範囲に定められる本発明の範囲を逸脱することなく、形式及び細部の種々の変更を行い得ることを理解するであろう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】