CN102794559B - 摩擦搅拌接合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低成本且能够容易地进行工件加热或冷却的摩擦搅拌接合装置。摩擦搅拌接合装置(100)通过使工具(30)与工件W的表面抵接且绕该工具(30)的轴线O₁旋转同时使其相对于工件W向规定的行进方向相对移动，对工件W实施摩擦搅拌接合，其构成为，设有将压缩空气分离成比该压缩空气温度高的热风H和比压缩空气温度低的冷风C并喷出的涡流管(40)，热风H和冷风C的至少一方被供给到工件W的表面。

Description

摩擦搅拌接合装置

技术领域

本发明涉及对工件进行摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合装置。

背景技术

作为对由两个部件构成的工件进行接合的方法之一，公知的有摩擦搅拌接合。所谓摩擦搅拌接合是指，在工件的接合部位，通过在工具的称为台肩面的面以规定的加压力加压的状态下使该工具旋转，使工件表面产生摩擦热，利用该摩擦热使工件软化而进行接合。

作为这种摩擦搅拌接合，例如在专利文献1中开示有，为了去除摩擦产生的过度热量而进行良好的接合，对工具以雾状喷出液体或空气等冷却材料的方法。

另外，例如，在专利文献2中开示有，通过预加热工件的工具行进方向前方侧而对高融点的工件进行顺利的摩擦搅拌，同时通过冷却工件的工具行进方向后方侧并去除过度的热量而避免热缺陷的方法。该方法中为了冷却工件，使用干冰、乙醇、低温空气等制冷剂。

现有技术方法

专利文献

专利文献1：日本特开平10-52770号公报

专利文献2：日本特开2004-148350号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，在上述专利文献1、2记载的技术中为了冷却工具行进方向后方侧，除需要另外准备冷却材料及制冷剂外，还需要设置用于将这些冷却材料等雾化的喷出装置，存下设备成本增大这类问题。

另外，在专利文献2记载的技术中，除了冷却工件的装置，还要另外准备用于对该工件预加热的加热装置，所以又增加了设备成本，经济性差。

本发明是鉴于上述课题而开发的，其目的在于，提供低成本且能够容易地进行工件的加热或冷却的摩擦搅拌接合装置。

解决技术问题的技术方案

为了实现上述目的，本发明采用下面的方案。

即，本发明的摩擦搅拌接合装置为通过使工具与工件表面抵接且绕该工具的轴线旋转并移动，对所述工件实施摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，具备将所供给的气体分离为比该气体温度高的热风和比所述气体温度低的冷风并喷出的热风冷风分离部，将所述热风和所述冷风的至少一方被供给到所述工件的表面。

根据这种摩擦搅拌接合装置，能够通过热风冷风分离部将所供给的气体分离为热风和冷风。因此，通过将这些热风或冷风向工件的表面供给，可容易进行工件的加热及冷却。

另外，优选在本发明的摩擦搅拌接合装置中将所述温风向所述工件的表面的所述工具的行进方向前方侧供给，将所述冷风向所述工件的表面的所述工具的行进方向后方侧供给。

由此，即使没有另外设置各自独立的加热装置及冷风装置，也能够利用经由单一的热风冷风分离部同时生成的热风及冷风，低成本且可容易地进行工件的预加热及去除加工后剩余热量。

另外，优选在本发明的摩擦搅拌接合装置中所述热风冷风分离部具有：管部，其一端设置有可喷出所述热风的热风喷出口；涡流发生部，其与所述管部的另一端侧连接，使从外部供给的所述气体涡状旋转并向所述管部内的一端侧送入，并且，另一端设置有可喷出所述冷风的冷风喷出口；压力调节阀，其可调节向所述涡流发生部内供给的所述气体的压力；流量调节阀，其可调节从所述热风喷出口喷出的所述热风的流量。

由此，能够通过热风冷风分离部从所供给的气体可靠地生成热风及冷风。即，向热风冷风分离部的涡流发生部供给的气体在该涡流发生部内涡状旋转，成为第一旋转涡流并被送入管部。该第一旋转涡流在管部内作为第二旋转涡流通过离心力按压管部的内周面并向该管部的一端侧行进。而且，该第二旋转涡流中未通过流量调节阀从热风排出口向外部排出的空气流在行进方向反转，进入第二旋转涡流的内侧的低压区域，向另一端侧行进。而且，该内侧的空气流通过以从外侧的第二旋转涡流旋转的方式受力而涡状旋转，由此，生成第三旋转涡流。这时，因在外侧的第二旋转涡流和内侧的第三旋转涡流之间进行热交换，从而热量从第三旋转涡流向第二旋转涡流移动。由此，第二旋转涡流中通过流量调节阀的空气流作为热风从热风喷出口喷出，同时第三旋转涡流作为冷风从冷风喷出口喷出。这样，热风冷风分离部将所供给的气体分离为热风及冷风并分别喷出。

在此，在热风冷风分离部，在涡流发生部从外部供给的气体的压力越小，热风和冷风的温度差越大。因此，通过调节压力调节阀，能够容易地调节热风和冷风的温度差。

另外，在热风冷风分离部，从冷风喷出口喷出的冷风的流量越大，热风和冷风的温度差越大。因此，只要通过流量调节阀调节从热风喷出口喷出的热风的流量，就能够同时调节从冷风喷出口喷出的冷风的流量，因此，通过调节该流量调节阀，能够容易地调节热风和冷风的温度差。

另外，优选本发明的摩擦搅拌接合装置还具备扭矩检测部，其检测绕所述工具的轴线的旋转扭矩；第一控制装置，其基于由该扭矩检测部检测的所述旋转扭矩的值，控制所述压力调节阀及所述流量调节阀的至少一方。

由此，根据工具的旋转扭矩控制压力调节阀或流量调节阀，由此可以调节吹向工件的热风及冷风的温度。

例如，在高温强度高的工件的情况下，在旋转扭矩比规定值大时，以向工件的表面供给的热风的温度上升的方式控制压力调节阀或流量调节阀。由此，能够使工件的接合部软化并减小旋转扭矩，因此能够使接合状态均一。

另外，例如，高温强度低的工件的情况下，旋转扭矩比规定值小时，以向工件的表面供给的冷风的温度降低的方式控制压力调节阀或流量调节阀。由此，可以防止工件的接合部过于软化，可避免搅拌过度造成的缺陷。

另外，优选本发明的摩擦搅拌接合装置还具备反作用力检测部，其检测由所述工件作用于所述工具的所述轴线方向的工具反作用力；第二控制装置，其基于由该反作用力检测部检测的所述工具反作用力的值，控制所述压力调节阀及所述流量调节阀的至少一方。

根据工具反作用力，控制压力调节阀或流量调节阀，由此可以调节吹向工件的热风及冷风的温度。

即，例如，在高温强度高的工件的情况下，工具反作用力比规定值大时，以向工件的表面供给的热风的温度上升的方式控制压力调节阀或流量调节阀。

由此，能够使工件的接合部软化并减小工具反作用力，能够使接合状态均一。

另外，例如，在高温强度低的工件的情况下，工具反作用力比规定值小时，以向工件的表面供给的冷风的温度降低的方式控制压力调节阀或流量调节阀。

由此，可以防止工件的接合部过于软化，可避免搅拌过度造成的缺陷。

发明效果

根据本发明的摩擦搅拌接合装置，能够从所供给的气体经由单一的热风冷风分离部同时生成热风及冷风，所以低成本且可容易地进行工件的加热或冷却。

附图说明

图1是表示本发明第一实施方式的摩擦搅拌接合装置的整体构成的侧视图；

图2是涡流管(热风冷风分离部)的纵剖视图；

图3是本发明第二实施方式的摩擦搅拌接合装置的扭矩检测部、第一控制装置、压力控制阀及流量调节阀的方框图；

图4是表示本发明第二实施方式的摩擦搅拌接合装置的扭矩检测部及第一控制装置的动作的顺序的流程图；

图5是本发明第三实施方式的摩擦搅拌接合装置的反作用力检测部、第二控制装置、压力控制阀及流量调节阀的方框图；

图6是表示本发明第三实施方式的摩擦搅拌接合装置的反作用力检测部及第二控制装置的动作顺序的流程图；

图7是表示本发明第四实施方式的摩擦搅拌接合装置的整体构成的侧视图；

图8是表示本发明第五实施方式的摩擦搅拌接合装置的扭矩检测部及第一控制装置的动作顺序的流程图；

图9是本发明第六实施方式的摩擦搅拌接合装置的反作用力检测部、第二控制装置、压力控制阀及流量调节阀的方框图。

附图标记说明

10...本体部、20...工具保持部、30...工具、31...台肩部、32...台肩面、33...轴部、40...涡流管(热风冷风分离部)、41...管本体、42...管部、43...第一圆筒部、44...热风喷出口、45...涡流发生部、46...第二圆筒部、47...冷风喷出口、48...气体供给口、50...压力调节阀、51...流量调节阀、52...热风用软管、53...冷风用软管、54...连接管、55...气体供给管、60...扭矩检测部、61...第一控制装置、62...扭矩比较部、63...压力调节阀控制部、64...流量调节阀控制部、70...反作用力检测部、71...第二控制装置、72...反作用力比较部、100...摩擦搅拌接合装置、F₀...压缩空气(气体)、F₁...第一旋转涡流、F₂...第二旋转涡流、F₃...第三旋转涡流、H...热风、C...冷风、D...行进方向、O₁...轴线、O₂...中心线、W...工件

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。

如图1的示，本实施方式的摩擦搅拌接合装置100为通过摩擦搅拌接合对工件W进行接合的装置。下面，对利用摩擦搅拌接合装置100接合由呈板状的一对部件构成的工件W的接合端面彼此的例子进行说明。

该摩擦搅拌接合装置100安装于未图示的加工机的主轴上，具备本体部10、由该本体部10支承的工具保持部20、一体保持于该工具保持部20的工具30、可喷出热风H及冷风C的涡流管(热风冷风分离部)40。

本体部10在工件W的表面侧与该工件W隔开间隔配置，形成以与工件W的延伸方向(水平方向)正交的轴线O₁为中心的圆筒形状。该本体部10随着加工机的主轴的移动，可任意地在轴线O₁方向(上下方向)及沿工件W的表面的方向(水平方向)移动。

另外，加工机的主轴例如可通过X轴电动机、Y轴电动机(分别省略图示)的驱动在水平方向、即向XY方向能够移动，并且可利用Z轴电动机(省略图示)在上下方向能够移动。进行摩擦搅拌接合时，通过X轴电动机或Y轴电动机的驱动，本体部10向沿工件W的表面、即沿水平面的规定的行进方向D移动。

工具保持部20形成以轴线O₁为中心的圆柱状，插入本体部10的内侧并与该本体部10同轴配置。该工具保持部20其下方侧(轴线O₁方向一方侧)的部分与本体部10相比更向下方突出。另外，工具保持部20相对于本体部10绕轴线O₁可相对旋转，随着加工机的主轴的旋转，该工具保持部20绕轴线O₁旋转驱动。即，本实施方式中，其构成为，本体部10不能旋转地被固定，仅工具保持部20绕轴线O₁旋转。

另外，加工机的主轴可由旋转用电动机(省略图示)旋转驱动，随着该旋转用电动机驱动的主轴的旋转，工具保持部20绕轴线O₁旋转。

工具30以轴线O₁为中心形成并且由相互形成一体的台肩部31及轴部33构成。

台肩部31形成以轴线O₁为中心的圆柱状，上方侧(轴线O₁方向另一方侧)的端部一体固定于工具保持部20的下端。另外，该台肩部31的下端面形成为配置于工件W的表面侧并按压该表面的台肩面32。

轴部33形成外形比台肩小，并且从台肩面32的中央向下方突出的圆柱状。

下面，参照图1及图2对涡流管40进行说明。

该涡流管40具有管本体41、压力调节阀50、流量调节阀51、热风用软管52(图2中省略图示)及冷风用软管53(图2中省略图示)。

管本体41为沿中心线O₂形成的部件，一端侧(图1及图2的左侧)的部分作为管部42，并且另一端侧(图1及图2中右侧)的部分作为涡流发生部45。

管部42形成沿中心线O₂方向以规定的尺寸延伸的圆管状，其一端侧设置有可喷出热风H的热风喷出口44。在本实施方式中，在管部42的一端侧一体地设置有：与该管部42相比，内径小一些，而外径大一些的第一圆筒部43，该第一圆筒部43的一端侧的开口成为热风喷出口44。

涡流发生部45在管部42的另一端侧形成以内周面及外周面从该管部42直径扩大一段的方式形成的圆筒状。在该涡流发生部45的另一端侧设置有可喷出冷风C的冷风喷出口47。在本实施方式中，在涡流发生部45的另一端侧形成有沿中心线O₂再向另一端侧延伸并将涡流发生部45的内外和外部连通的第二圆筒部46，该第二圆筒部46的另一端侧的开口成为冷风喷出口47。另外，第二圆筒部46的外径比涡流发生部45小，另外，该第二圆筒部46的内径形成为比涡流发生部45及管部42的内径小。

在该涡流发生部45形成有径向连通内外的气体供给口48。

该气体供给口48向与涡流发生部45的内周面的切线方向一致或平行的方向开口。

压力调节阀50其一端经由连接管54与涡流发生部45的气体供给口48连接。另外，该压力调节阀50的另一端与从未图示的压缩空气源未断开供给压缩空气(气体)F₀的气体供给管55连接。来自这种压缩空气源的压缩空气F₀经由气体供给管55、压力调节阀50及连接管54从气体供给口48向涡流发生部45的内部供给。而且，压力调节阀50构成为可任意调节向涡流发生部45的内部供给的压缩空气F₀的压力。该压力调节阀50即可以通过电气控制调节压缩空气F₀的压力，也可以利用手动调节压缩空气F₀的压力。

另外，来自压缩空气源的压缩空气F₀例如可以使用在工厂等设施常用的工厂空气等。另外，本实施方式的气体供给管55经由本体部10的内部与压力调节阀50连接。

流量调节阀51设置于管部42的一端侧、即第一圆筒部43的内部，以可以任意调节在该第一圆筒部43内流通的空气流的流量的方式构成。该流量调节阀51即可以通过电气控制来调节空气流的流量，也可以利用手动调节空气流的流量。

如图1所示，热风用软管52及冷风用软管53为形成以保持任意的形状的状态延伸的管状的部件。热风用软管52其基端与管本体41的热风喷出口44连接，冷风用软管53其基端与管本体41的冷风喷出口47连接。

这种涡流管40例如由未图示的支承装置固定在本体部10上，以使管本体41的中心线O₂与摩擦搅拌接合装置100的行进方向D一致的状态，在工件W的上方与该工件W隔开间隔配置。另外，管本体41的热风喷出口44朝向行进方向D前方侧，冷风喷出口47朝向行进方向D后方侧。而且，热风用软管52将其前端朝向工件W的表面的工具30的行进方向D前方侧部位，冷风用软管53将其前端朝向工件W的表面的工具30的行进方向D后方侧的部位。

下面，对该实施方式的作用进行说明。

在进行摩擦搅拌接合的情况下，通过Z轴电动机的控制，使主轴、工具保持部20及工具30向上下方向移动，从而使该工具30的台肩面32与工件W的表面抵接。由此，成为从工具30的台肩面32对工件W的表面施加加压力的状态。另外，不管从工件W对工具30向上方向赋予的工具反作用力，通常以工具30的台肩面32与工件W的表面抵接的方式反馈控制Z轴电动机的驱动。

而且，在该状态下驱动旋转用电动机，使主轴、工具保持部20及工具30绕轴线O₁旋转，并且驱动X轴电动机及Y轴电动机至少一方，使摩擦搅拌接合装置100向规定的行进方向D移动。于是，如图1所示，在台肩面32和工件W的表面之间产生摩擦热并软化，通过用轴部33搅拌该软化部进行摩擦搅拌接合。

在进行这种摩擦搅拌接合时，如图2所示，向涡流管40供给的压缩空气F₀由该涡流管40分离为热风H和冷风C，向工件W的表面供给。

即，通过气体供给管55、压力调节阀50及连接管54从气体供给口48导入涡流发生部45内的压缩空气F₀因气体供给口48向与涡流发生部45的内周面的切线方向一致或平行的方向开口，所以在涡流发生部45内沿内周面周向涡状流通。这样，因压缩空气F₀周向流通，从而在涡流发生部45内产生以中心线O2为中心旋转的第一旋转涡流F₁。

这样的第一旋转涡流F₁通过离心力，以向涡流发生部45的内周面按压的方式流通，因此，随着来自外部的后续的压缩空气F₀的供给，依次送入管部42内。即，第一旋转涡流F₁被送入与涡流发生部45内连通的管部42及第二圆筒部46中内径大的管部42内。

在涡流发生部45内产生的第一旋转涡流F₁送入管部42内后，在该管部42内作为第二旋转涡流F₂，通过离心力在按压管部42的内周面的同时向一端侧行进。而且，构成该第二旋转涡流F₂的一部分空气流通过第一圆筒部43内的流量调节阀51反转，进入管部42内的第二旋转涡流F2的内侧的低压区域，向另一端侧行进。

这时，第二旋转涡流F₂的内侧的空气流因和该第二旋转涡流F₂的粘性而以旋转的方式受力。由此，该空气流与第二旋转涡流F₂同方向旋转，作为第三旋转涡流F₃，在第二旋转涡流F₂的内侧朝向另一端侧行进。这时，在位于外侧的第二旋转涡流F₂和位于内侧的第三旋转涡流F₃之间，在相互的边界区域进行热交换，即，热量从第三旋转涡流F₃向第二旋转涡流F₂移动。

由此，第二旋转涡流F₂温度上升，该第二旋转涡流F₂中通过流量调节阀51的一部分空气流作为比压缩空气F₀温度高的热风H从热风喷出口44喷出。

另外，第三旋转涡流F₃温度下降，通过第二旋转涡流F₂及第一旋转涡流F₁的内侧、第二圆筒部46内后，作为比压缩空气F₀温度低的冷风C从冷风喷出口47喷出。

从热风喷出口44喷出的热风H通过热风用软管52内后，向工件W的表面的工具30的行进方向D前方侧供给。利用热风H对被摩擦搅拌前的工件W进行预加热。由此，可以进行高融点的工件W的顺利的摩擦搅拌。

另外，从冷风喷出口47喷出的冷风C通过冷风用软管53内后，向工件W的表面的工具30的行进方向D后方侧供给。利用该冷风C对摩擦搅拌接合后的工件W进行冷却。由此，通过去除加工后的工件W的剩余热量，可以避免热缺陷。

另外，在涡流管40中热风H和冷风C的温度差可以通过调节压力调节阀50及流量调节阀51容易地进行调节。

即，在涡流管40中在涡流发生部45从外部供给的压缩空气F₀的压力越低，热风H和冷风C的温度差越小。另一方面，在涡流管40中在涡流发生部45从外部供给的压缩空气F₀的压力越大，热风H和冷风C的温度差越扩大。

因此，通过利用压力调节阀50调节压缩空气F₀的压力，可容易地调节热风H和冷风C的温度差。

另外，在涡流管40中从冷风喷出口47喷出的冷风C的流量越大，热风H和冷风C的温度差越大。另一方面，在涡流管40中从冷风喷出口47喷出的冷风C的流量越小，热风H和冷风C的温度差越缩小。

因此，如果利用流量调节阀51调节从热风喷出口44喷出的热风H的流量，则同时也调节从冷风喷出口47喷出的冷风C的流量，因此，通过该流量调节阀51，可容易地调节热风H和冷风C的温度差。

如上所述，根据本实施方式的摩擦搅拌接合装置100，能够利用涡流管40将所供给的压缩空气F₀分离为热风H和冷风C，因此，通过将这些热风H或冷风C向工件W的表面供给，可容易地进行工件W的加热、冷却。

另外，不另外设置各自独立的加热装置及冷却装置，经由单一的涡流管40也可同时生成热风H及冷风，因此，能够低成本且容易进行工件W的预加热及去除加工后的剩余热量。

另外，在本实施方式中，使用工厂空气作为压缩空气F₀，因此，不另外需要制冷剂及电力，可实现低成本。另外，与直接向工件W吹工厂空气的情况下相比，可高效地冷却工件W。而且，因不使用作为制冷剂的液体，所以在摩擦搅拌接合后不需要进行脱水作业，可实现作业高效化。

下面，参照图3及图4对第二实施方式进行说明。在第二实施方式中与第一实施方式一样的构成要素上附加相同的符号，省略说明。

第二实施方式的摩擦搅拌接合装置100特别是在工件W的高温强度高的情况下是高效的装置。不仅具备第一实施方式的构成要素，而且如图3所示，具备扭矩检测部60及第一控制装置61。

扭矩检测部60具有检测绕工具30的轴线O₁的旋转扭矩的功能。在本实施方式中采用测定使连接工具30的主轴驱动的旋转用电动机电压值的电压测定器作为扭矩检测部60。即，在以工具30的转数为一定的方式驱动控制的情况下，旋转用电动机的电压值与该旋转用电动机的旋转扭矩(工具30的旋转扭矩)成正比。因此，通过换算检测作为扭矩检测部60的电压测定器的电压值，可取得工具30的旋转扭矩。

第一控制装置61具备与扭矩检测部60连接的扭矩比较部62、与该扭矩比较部62连接的压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64。

扭矩比较部62输入扭矩检测部60检测的工具30的旋转扭矩的值、即测定扭矩T₁。而且，扭矩比较部62对预定的基准扭矩T₀和测定扭矩T₁进行比较，根据该基准扭矩T₀及测定扭矩T₁的大小，向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出指令。

另外，在本实施方式中将基准扭矩T₀的值换算为电压值，存储在扭矩比较部62。而且，通过在扭矩比较部62对与基准扭矩T₀对应的电压值和与由扭矩检测部60输入的测定扭矩T₁对应的电压值进行比较，进行基准扭矩T₀及测定扭矩T₁的大小的比较。

压力调节阀控制部63输入从扭矩比较部62输出的指令，根据该指令向压力调节阀50输出控制指令。根据该控制指令控制压力调节阀50，其结果是，控制向管本体41内供给的压缩空气F₀的压力。

流量调节阀51输入从扭矩比较部62输出的指令，基于该指令向流量调节阀51输出控制指令。根据该控制指令控制流量调节阀51，控制作为该热风H向管本体41外部喷出的热风H的流量及通过该流量调节阀51反转向管本体41外部喷出的冷风C的流量。

下面，沿图4所示的流程对本实施方式的摩擦搅拌接合装置100的涡流管40及第一控制装置61的动作进行说明。

在旋转工具30开始摩擦搅拌接合装置100进行的工件W的摩擦搅拌接合时，扭矩检测部60检测使主轴旋转的旋转用电动机的旋转扭矩(S1)。

接着，在从扭矩检测部60向扭矩比较部62输入旋转扭矩的测定值，即测定扭矩T₁时，在该扭矩比较部62中对测定扭矩T1的值和预设定的规定值即基准扭矩T₀的值进行比较(S2)。如上述，在本实施方式中测定扭矩T₁及基准扭矩T₀均以换算为电压值的状态进行比较。

扭矩比较部62判断出测定扭矩T₁方比基准扭矩T₀大的情况下，扭矩检测部60向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出热风温度上升指令。

在输入了热风温度上升指令时，压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64以热风H的温度上升的方式向压力调节阀50及流量调节阀51输出指令。即，压力调节阀控制部63以向管本体41内供给的压缩空气F₀的压力上升的方式控制压力控制阀。由此，热风H和冷风C的温度差扩大，所以，作为结果，热风H的温度上升。另一方面，流量调节阀51以向管本体41的外部排出的热风H的流量减小的方式控制流量调节阀51。由此，冷风C的流量增大，结果是热风H和冷风C的温度差增大，热风H的温度上升(S3)。

扭矩比较部62在判断出测定扭矩T₁及基准扭矩T₀的值一致的情况下，扭矩比较部62向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出维持现状指令。

在输入该维持现状指令时，压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64不向压力调节阀50及流量调节阀51输出指令，而将这些压力调节阀50及流量调节阀51维持现状(S4)。

扭矩比较部62在判断出测定扭矩T₁比基准扭矩T₀小的情况下，扭矩检测部60向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出热风温度降低指令。

在输入该热风温度降低指令时，压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64以热风H的温度降低的方式向压力调节阀50及流量调节阀51输出指令。即，压力调节阀控制部63以向管本体41内供给的压缩空气F₀的压力降低的方式控制压力控制阀。由此，热风H和冷风C的温度差缩小，因此，作为结果，热风H的温度降低。另一方面，流量调节阀51以向管本体41的外部排出的热风H的流量增大的方式控制流量调节阀51。由此，冷风C的流量减小，结果是热风H和冷风C的温度差缩小，热风H的温度降低(S5)。

之后，在摩擦搅拌接合结束的情况下，涡流管40及第一控制装置61的动作完成(S6：Yes)。另一方面，在未完成摩擦搅拌接合的情况下，即，在摩擦搅拌接合继续的情况下(S6：No)，再进行扭矩检测部60的旋转扭矩的检测(S1)，反复以上述的顺序。

根据这样的第二实施方式的摩擦搅拌接合装置100，在工件W的高温强度高的情况下，也能够得到均一的接合状态。

即，在工具30的旋转扭矩大的情况下，通过使向工具30的行进方向D的前方侧供给的热风H的温度上升，可进一步使工具30的行进方向D前方侧的工件W软化。由此，通过使作用于工具30的负荷降低，可使旋转扭矩减小。另一方面，在工具30的旋转扭矩小的情况下，通过使向工具30的行进方向D的前方侧供给的热风H的温度降低，可避免工具30的行进方向D前方侧的工件W过于软化。由此，通过使作用于工具30的负荷增加，可使旋转扭矩上升。

因此，因可抑制工具30的旋转扭矩的偏差，实现均一化，所以可得到工件W的均一的接合状态。

下面，参照图5及图6对第三实施方式进行说明。在第三实施方式中与第二实施方式一样的构成要素附加相同的符号省略说明。

第三实施方式的摩擦搅拌接合装置100特别是在工件W的高温强度高的情况下是有效的，代替第二实施方式的扭矩检测部60及第一控制装置61，如图5所示，具备反作用力检测部70及第二控制装置71。

反作用力检测部70具有检测从工件W作用于工具30的轴线O₁方向的工具反作用力，即相对于工具30向上方向作用的工具反作用力的作用。在本实施方式中，采用测定使连接工具30的主轴沿上下方向驱动的Z轴电动机的电流值的电流测定器作为反作用力检测部70。

即，例如，在工具反作用力从工件W对工具30作用时，利用该工具反作用力使工具30向上方变位。在此，如上述，Z轴电动机通常以使工具30的台肩面32与工件W的表面抵接的方式反馈控制。因此，在通过工具反作用力使工具30向上方变位时，Z轴电动机在使该工具30返回初始位置、即台肩面32与工件W的表面抵接的位置时驱动。通过对该Z轴电动机通电的电流值的控制进行该Z轴电动机的驱动，工具反作用力越大，该电流值也越大。即，Z轴电动机的电流值与该工具反作用力成比例。因此，通过换算作为反作用力检测部70的电流测定器检测的电流值，可取得工具30的工具反作用力。另外，作为反作用力检测部70的电流测定器检测的电流值也可以是在规定时间中变动的电流的平均值。

第二控制装置71具备与反作用力检测部70连接的反作用力比较部72、与该反作用力比较部72连接的压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64。

反作用力比较部72输入反作用力检测部70检测到的工具反作用力、即测定反作用力N₁。而且，反作用力比较部72对预定的基准反作用力N₀和测定反作用力N₁进行比较，根据该基准反作用力N₀及测定反作用力N₁的大小，向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出指令。

另外，在本实施方式中，基准反作用力N₀的值换算为电流值存储于反作用力比较部72。而且，通过在反作用力比较部72对与基准反作用力N₀对应的电流值和与从作为反作用力检测部70的电流测定器输入的测定反作用力N₁对应的电流值进行比较，进行基准反作用力N₀及测定反作用力N₁的大小的比较。

压力调节阀控制部63输入从反作用力比较部72输出的指令，根据该指令向压力调节阀50输出控制指令。根据该控制指令控制压力调节阀50，其结果是，控制向管本体41内供给的压缩空气F₀的压力。

流量调节阀51输入从反作用力比较部72输出的指令，基于该指令向流量调节阀51输出控制指令。根据该控制指令控制流量调节阀51，控制作为该热风H向管本体41外部喷出的热风H的流量及通过该流量调节阀51反转向管本体41外部喷出的冷风C的流量。

下面，沿图6所示的流程对本实施方式的摩擦搅拌接合装置100的涡流管40及第二控制装置71的动作进行说明。

在旋转工具30开始摩擦搅拌接合装置100进行的工件W的摩擦搅拌接合时，由反作用力检测部70检测使主轴在上下方向驱动的Z轴电动机的电流值(S11)。

下面，在从反作用力检测部70将测定反作用力N₁的值输入反作用力比较部72时，在该反作用力比较部72对测定反作用力N₁的值和预设定的基准反作用力N₀的值进行比较。

如上述，在本实施方式中，以将测定反作用力N₁及基准反作用力N₀一同换算为电流值的状态进行比较。

反作用力比较部72判断出测定反作用力N₁方比基准反作用力N₀大的情况下，反作用力比较部72向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出热风温度上升指令。

输入该热风温度上升指令时，压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64以热风H的温度上升的方式向压力调节阀50及流量调节阀51输出指令。由此，与第二实施方式相同，冷风C的流量增大，结果是热风H和冷风C的温度差扩大，热风H的温度上升(S13)。

反作用力比较部72在判断出测定反作用力N₁及基准反作用力N₀的值一致的情况下，反作用力比较部72向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出维持现状指令，由此与第二实施方式相同，压力调节阀50及流量调节阀51维持现状(S14)。

反作用力比较部72判断出测定反作用力N₁方比基准反作用力N₀大的情况下，反作用力比较部72向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出热风温度降低指令。

输入该热风温度降低指令时，压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64以热风H的温度降低的方式向压力调节阀50及流量调节阀51输出指令。由此，与第二实施方式一样，冷风C的流量减小的结果是，热风H和冷风C的温度差缩小，热风H的温度降低(S15)。

之后，在摩擦搅拌接合结束的情况下，涡流管40及第一控制装置61的动作也结束(S16：Yes)。另一方面，在摩擦搅拌接合未结束的情况下，即在摩擦搅拌接合继续的情况下(S16：No)，再进行反作用力检测部70进行的工具反作用力的检测(S11)，反复上述的顺序。

根据这种第三实施方式的摩擦搅拌接合装置100，工件W的高温强度高的情况下，也能够得到均一的接合状态。

即，在工具反作用力大的情况下，由于向工具30的行进方向D的前方侧供给的热风H的温度上升，从而可进一步使工具30的行进方向D前方侧的工件W软化。由此，工件W的刚性降低，结果可减小工具反作用力。另一方面，在工具反作用力小的情况下，由于向工具30的行进方向D的前方侧供给的热风H的温度降低，从而可避免工具30的行进方向D前方侧的工件W的过于软化。由此，工件W的刚性恢复，结果可增加工具反作用力。

因此，可抑制工具反作用力的偏差，实现均一化，所以可得到工件W的均一的接合状态。

下面，参照图7对第四实施方式进行说明。在第四实施方式中与第一实施方式一样的构成要素附加相同的符号省略说明。

对于涡流管40的配置方法，第四实施方式的摩擦搅拌接合装置100与第一实施方式不同。

即，第四实施方式的涡流管40在以管本体41的中心线O₂为上下方向的状态下，在工件W的上方和该工件W隔开间隔配置。

另外，管本体41的热风喷出口44朝向上方，冷风喷出口47朝向下方。另外，与第一实施方式不同，未设置有热风用软管52，冷风用软管53使其前端朝向工件W的表面的工具30实施摩擦搅拌的部位即接合部。

利用这种摩擦搅拌接合装置100实施摩擦搅拌接合时，从涡流管40的热风喷出口44喷出的热风H朝向上方放入大气中，另一方面，从冷风喷出口47喷出的冷风C经由冷风用软管53向工件W的表面的摩擦搅拌部位供给。由此，可去除摩擦搅拌接合部位的过度的热量，可形成良好的接合。

另外，与第一实施方式一样，在利用工厂空气作为压缩空气F₀的情况下，因不另外需要制冷剂及电力，所以除可实现低成本外，还可高效地对工件W进行冷却。而且，在摩擦搅拌接合后不需要进行脱水作业，可实现作业的高效化。

下面，对第五实施方式进行说明。在第五实施方式中，对于与第四实施方式及其它实施方式一样的构成要素附加相同的符号，省略详细的说明。

第五实施方式的摩擦搅拌接合装置100特别是在工件W的高温强度低的情况下是有效的，不仅具有第四实施方式的构成要素，还具备与图3一样的扭矩检测部60及第一控制装置61。

在此，沿图8所示的流程对涡流管40及第一控制装置61的动作进行说明。

在旋转工具30开始摩擦搅拌接合装置100实施的工件W的摩擦搅拌接合时，扭矩检测部60检测使主轴旋转的旋转用电动机的旋转扭矩(S21)。

接着，在从扭矩检测部60将旋转扭矩的测定值输入扭矩比较部62时，在该扭矩比较部62对测定出的旋转扭矩(测定扭矩T₁)的值和预设定的基准扭矩T₀的值进行比较(S22)。

扭矩比较部62判断出测定扭矩T₁的值比基准扭矩T₀小的情况下，扭矩比较部62分别向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64输出冷风温度降低指令。

在输入该冷风温度降低指令时，压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64以冷风C的温度降低的方式向压力调节阀50及流量调节阀51输出指令。即，压力调节阀控制部63以向管本体41内供给的压缩空气F₀的压力上升的方式控制压力控制阀。由此，热风H和冷风C的温度差扩大，因此，结果是冷风C的温度降低。另一方面，流量调节阀51以向管本体41的外部排出的热风H的流量增加的方式控制流量调节阀51。由此，冷风C的流量减小，结果是热风H和冷风C的温度差缩小，冷风C的温度降低(S23)。

扭矩比较部62在判断出测定扭矩T₁的值是基准扭矩T₀的值以上的情况下，扭矩比较部62向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出维持现状指令。

在输入该维持现状指令时，压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64未向压力调节阀50及流量调节阀51输出指令，该压力调节阀50及流量调节阀51维持即存的状态(S24)。

之后，在摩擦搅拌接合结束的情况下，涡流管40及第一控制装置61的动作也结束(S25：Yes)。另一方面，在摩擦搅拌接合未完成的情况下，即摩擦搅拌接合继续的情况下(S25：No)，再进行扭矩检测部60进行的旋转扭矩的检测(S21)，反复上述的顺序。

根据这种第二实施方式的摩擦搅拌接合装置100，即使在工件W的高温强度低的情况下，也能够防止接合部过于软化，能够避免接合部的过度搅拌造成的缺陷的发生。

即，在工具30的旋转扭矩过小的情况下，轴部33对接合部的搅拌过度进行，但在本实施方式中，因该情况下向摩擦搅拌部位供给的冷风C的温度降低，所以避免了摩擦热造成的工件W的接合部的过于软化。

下面，对第六实施方式进行说明。在第六实施方式，对第四实施方式及其它的实施方式一样的构成要素附加相同的符号省略详细的说明。

第六实施方式的摩擦搅拌接合装置100特别是工件W的高温强度低的情况下是有效的，不仅具备第四实施方式的构成要素，还具备与图5所示的同样的反作用力检测部70及第二控制装置71。

在此，沿图9所示的流程对涡流管40及第二控制装置71的动作进行说明。

旋转工具30开始摩擦搅拌接合装置100实施的工件W的摩擦搅拌接合时，反作用力检测部70检测使主轴在上下方向驱动的Z轴电动机的电流值(S31)。

接着，从反作用力检测部70将上述电流值输入反作用力比较部72时，在该反作用力比较部72对测定反作用力N₁的值和预设定的基准反作用力N₀的值进行比较。

反作用力比较部72在判断出测定反作用力N₁的值比基准反作用力N₀小的情况下，反作用力比较部72向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出冷风温度降低指令。

在输入该冷风温度降低指令时，压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64以冷风C的温度降低的方式向压力调节阀50及流量调节阀51输出指令。由此，与第五实施方式一样，冷风C的流量减小，结果是热风H和冷风C的温度差缩小，冷风C的温度降低(S33)。

反作用力比较部72在判断出测定反作用力N₁的值为基准反作用力N₀的值以上的情况下，反作用力比较部72向压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64分别输出维持现状指令。

输入该维持现状指令时，压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64未向压力调节阀50及流量调节阀51输出指令，而该压力调节阀50及流量调节阀51被维持现有的状态(S34)。

之后，在摩擦搅拌接合结束的情况下，涡流管40及第二控制装置71的动作也结束(S35：Yes)。另一方面，在摩擦搅拌接合未结束的情况下，即摩擦搅拌接合继续的情况下(S35：No)再进行反作用力检测部70进行的工具反作用力的检测(S31)，反复上述的顺序。

根据这样的第六实施方式的摩擦搅拌接合装置100，与第五实施方式一样，即使在工件W的高温强度低的情况下，也能够防止接合部过于软化，可避免接合部的过度搅拌造成的缺陷的发生。

即，在工具反作用力过于小的情况下，因工件W过于软化，所以轴部33对接合部的搅拌过量进行，在本实施方式中，该情况下向摩擦搅拌部位供给的冷风C的温度降低，所以能够避免摩擦热造成的工件W的接合部的过于软化。

以上，对本发明的实施方式详细地进行了说明，但只要不脱离本发明的技术的思想，则就不限定于此，可进行一些设计变更。

例如，在本实施方式中，作为工具30，对于轴部33从台肩部31的下端突出的构成进行了说明，但也可以使用具备从上下夹持工件W的一对台肩部31及连接这些台肩部31的轴部33的所谓线轴型的工具30。

另外，在第一实施方式的摩擦搅拌接合中，使热风用软管52的前端在工具30的行进方向D前方侧朝向斜下方，并且也可以使冷风用软管53的前端在工具30的行进方向D后方侧朝向斜下方。由此，可避免从热风用软管52喷出的热风H和从冷风用软管53喷出的冷风C混合，因此能够可靠地得到热风H的加热效果和冷风C的冷却效果。

另外，在第二、第三、第五及第六实施方式中，对在第一控制装置61及第二控制装置71中分别设置有压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64双方的例子进行了说明，但也可以设置这些压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64中任一方。该情况下，基于旋转扭矩或工具反作用力的检测结果，压力调节阀控制部63或流量调节阀控制部64的任一方控制压力调节阀50或流量调节阀51。由此，也与实施方式一样，除可得到均一的接合状态外，也可防止搅拌过度造成的缺陷的发生。

另外，例如，也可以设置检测工件W的表面温度的温度检测部，另外设置基于该温度检测部的检测结果控制压力调节阀50、流量调节阀51的控制装置。

在将这些温度检测部及控制装置应用于第一实施方式的情况下，温度检测部测定工件W的表面的工具30的行进方向D前方的温度，控制装置基于该温度控制压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64的至少一方，由此调节热风H的温度。由此，可适当地进行工件W的预热。

另外，在将上述温度检测部及控制装置应用于第四实施方式的情况下，温度检测部测定工件W的摩擦搅拌部位的温度，控制装置基于该温度控制压力调节阀控制部63及流量调节阀控制部64至少一方，由此调节冷风C的温度。由此，可避免接合部位的过于软化。

另外，在实施方式中，作为检测工具30的旋转扭矩的扭矩检测部60，采用检测主轴的旋转用电动机的电压值的电压测定器，但不限于此，也可以使用能够检测工具30的扭矩的方案。例如，扭矩检测部60可采用汇流环式及应变计式等各种装置。

另外，在实施方式中作为检测工具反作用力的反作用力检测部70，采用检测主轴的Z轴电动机的电流值的电流测定器，但不限于此，也可以采用能够检测工具反作用力的装置。例如，反作用力检测部70可采用负载传感器等负荷测定装置。

另外，涡流管40的构成不限于实施方式，基于所谓涡动理论，只要将压缩空气F₀分离为热风H和冷风C，则也可以为其它的构成。

另外，在实施方式中，对在该接合端面的延伸方向接合工件W的接合端面的例子进行了说明，但例如也可以在点接合等局部的接合时使用摩擦搅拌接合装置100。

Claims (9)

1.一种摩擦搅拌接合装置，通过使工具与工件表面抵接且绕该工具的轴线旋转，对所述工件实施摩擦搅拌接合，其特征在于，

具备：本体部，其支承所述工具，以使得该本体部与所述工具一起相对于所述工件移动，形成有自外部供给的工厂空气在本身的内部流动的本体流路，

气体供给管，其与所述本体流路连接，安装于所述本体部的外部，

热风冷风分离部，其设置在所述本体部，与所述气体供给管连接，将由在单一的管部中供给的为所述工厂空气的气体分离为比该气体温度高的热风和比所述气体温度低的冷风并从所述管部的第一端喷出所述冷风，从所述管部的第二端喷出所述热风，

所述热风和所述冷风的至少一方被供给到所述工件的表面。

2.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

所述热风在所述工件表面向所述工具的行进方向前方侧供给，

所述冷风在所述工件表面向所述工具的行进方向后方侧供给。

3.如权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

所述热风冷风分离部具有：

涡流发生部，其与所述管部的所述第一端侧连接，使从所述气体供给管供给的所述气体涡状旋转并向所述管部内的所述第二端侧送入，并且，设置有能够喷出所述冷风的冷风喷出口；

压力调节阀，其能够调节向所述涡流发生部内供给的所述气体的压力；

流量调节阀，其能够调节从热风喷出口喷出的所述热风的流量。

4.如权利要求2所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

所述热风冷风分离部具有：

涡流发生部，其与所述管部的所述第一端侧连接，使从所述气体供给管供给的所述气体涡状旋转并向所述管部内的所述第二端侧送入，并且，设置有能够喷出所述冷风的冷风喷出口；

压力调节阀，其能够调节向所述涡流发生部内供给的所述气体的压力；

流量调节阀，其能够调节从热风喷出口喷出的所述热风的流量。

5.如权利要求3所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，还具备：

扭矩检测部，其检测绕所述工具的轴线的旋转扭矩；

第一控制装置，其基于由该扭矩检测部检测的所述旋转扭矩的值，控制所述压力调节阀及所述流量调节阀的至少一方。

6.如权利要求4所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，还具备：

扭矩检测部，其检测绕所述工具的轴线的旋转扭矩；

第一控制装置，其基于由该扭矩检测部检测的所述旋转扭矩的值，控制所述压力调节阀及所述流量调节阀的至少一方。

7.如权利要求3所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，还具备：

反作用力检测部，其检测由所述工件作用于所述工具的所述轴线方向的工具反作用力；

第二控制装置，其基于由该反作用力检测部检测的所述工具反作用力的值，控制所述压力调节阀及所述流量调节阀的至少一方。

8.如权利要求4所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，还具备：

反作用力检测部，其检测由所述工件作用于所述工具的所述轴线方向的工具反作用力；

第二控制装置，其基于由该反作用力检测部检测的所述工具反作用力的值，控制所述压力调节阀及所述流量调节阀的至少一方。

9.如权利要求5所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，还具备：

反作用力检测部，其检测由所述工件作用于所述工具的所述轴线方向的工具反作用力；

第二控制装置，其基于由该反作用力检测部检测的所述工具反作用力的值，控制所述压力调节阀及所述流量调节阀的至少一方。