CN108687439A - 摩擦搅拌接合装置及方法以及摩擦搅拌接合控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够实现高质量的摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合控制装置以及摩擦搅拌接合方法。具备：保持于外壳(3)，并将多个被接合部件(101a、101b)进行摩擦搅拌来接合的FSW工具(1A)；以及将由FSW工具(1A)接合后的多个被接合部件(101a、101b)的被接合部位(S)进行缓冷的缓冷装置(10)。缓冷装置(10)是不与被接合部位S接触地进行加热的非接触热源。非接触热源是高频热源。

Description

摩擦搅拌接合装置及方法以及摩擦搅拌接合控制装置

技术领域

本发明涉及摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合控制装置以及摩擦搅拌接合方法。

背景技术

使用摩擦搅拌接合装置(FSW[Friction Stir Welding]装置：搅拌摩擦焊装置)将被接合部件进行摩擦搅拌接合时，通常在开始接合动作之前对FSW装置设定关于被接合部件最佳的接合条件(接合工具的转速及接合速度)。目前为止的FSW装置进行如下控制：从接合开始到接合结束，保持已设定的接合条件进行接合。

例如，提出有一种如下技术：在搅拌工具(接合工具)配置多个温度计测器来取得接合温度，以将已取得的温度管理在预定的范围内的方式控制搅拌工具(FSW工具)的转速和/或接合速度(参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第5883978号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，对于专利文献1所记载的技术确认了：虽然高精度地管理摩擦搅拌接合时的接合温度，但接合质量不充分。

本发明的目的在于，提供一种能够实现高质量的摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合控制装置以及摩擦搅拌接合方法。

用于解决课题的方案

本发明的特征在于，具备：摩擦搅拌接合工具，其保持于装置主体，并将多个被接合部件进行摩擦搅拌来接合；以及缓冷装置，其将由上述摩擦搅拌接合工具接合后的上述多个被接合部件的接合部位进行缓冷，上述装置主体具备使上述缓冷装置沿着接合方向移动的缓冷装置接合方向移动驱动部。

发明效果

根据本发明，能够提供可实现高质量的摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合控制装置以及摩擦搅拌接合方法。

附图说明

图1是示意性地表示第一实施方式的FSW装置的外观立体图的例子的图。

图2是第一实施方式的FSW装置的概要方框结构图。

图3是示意性地表示接合工具压入于被接合部件的形态的剖视图。

图4表示由不同种类的材料构成的被接合部件的接合例，图(a)是对接接合，图(b)是重叠接合。

图5是第一实施方式的FSW装置的动作说明图。

图6是表示第一实施方式的FSW装置的接合部位的温度与接合后的经过时间的关系的图表。

图7是第二实施方式的FSW装置的概要方框结构图。

图8是第二实施方式的FSW装置的动作说明图。

图9是第三实施方式的FSW装置的概要结构图。

图10是第四实施方式的FSW装置的概要结构图。

图11是表示第四实施方式的FSW装置的接合部位的温度与接合后的经过时间的关系的图表。

图12是第五实施方式的FSW装置的概要结构图。

图13是第六实施方式的FSW装置的概要结构图。

图14是图13的Y方向向视图。

图15是第七实施方式的FSW装置的概要结构图。

图16是第八实施方式的FSW装置的概要方框结构图。

图17是第八实施方式的FSW装置的运算方框图。

图18是表示第八实施方式的FSW装置的动作的流程图。

图19是第九实施方式的FSW装置的概要结构图。

符号说明

1A—FSW工具(摩擦搅拌接合工具)，1—接合工具，2—工具支架，3—外壳(装置主体)，4—臂，5A、5B、5C、5D、5E、5F、5G、5H—控制装置，5a—给予热量控制部，5b—缓冷部驱动控制部(缓冷装置驱动控制部)，5h—目标设定温度存储部，5i—给予热量算出部，6—主轴马达，7—工具移动驱动装置(工具移动驱动部)，7A—工具移动驱动装置(第一驱动部)，7B—第二工具移动驱动装置，8—缓冷部轴向移动驱动装置(缓冷装置轴向移动驱动部)，9—缓冷部接合方向移动驱动装置(缓冷装置接合方向移动驱动部)，9A—缓冷部接合方向移动驱动装置(第二驱动部)，10、10E—缓冷装置，10a—感应线圈10a，10b—端部，11—突起部，12—工具肩部，14—温度计测装置，20—主轴，30、32—固定部件，33—C型框架，100A、100B、100C、100D、100E、100F、100G、100H、100I—FSW装置(摩擦搅拌接合装置)，101a、101b、101c、101d—被接合部件，D—接合方向，Q1、Q2、Q3—热量，R1、R2—范围(加热范围)，S—接合部位。

具体实施方式

以下，参照附图，详细地说明本发明的实施方式。此外，各附图中，对通用的构成要素标注相同的符号，并省略重复的说明。

(第一实施方式)

图1是示意性地表示第一实施方式的FSW装置100A的外观立体图的例子的图。

如图1所示，FSW装置100A构成为，具备摩擦搅拌接合工具(以下，作为FSW工具)1A、缓冷装置10等。

FSW工具1A构成为具备接合工具1和工具支架2，接合工具1具备突起部(也称为探针)11，工具支架2保持接合工具1。另外，FSW工具1A保持于以能够旋转的方式保持工具支架2的外壳3(装置主体)。

在此，外壳3为圆筒状的容器，在其内部收纳有使圆柱状的工具支架2以主轴20为中心旋转的主轴马达6(参照图3)等。另外，主轴20是指圆柱状的工具支架2的中心轴。

以上那样保持接合工具1及工具支架2的外壳3安装于未图示的加工工具、多轴机器人的臂4的前端部。即，接合工具1构成为，利用加工工具、多轴机器人的臂4的驱动，沿上下方向和平面方向均可自如地移动。

接合工具1的突起部11呈以后述的主轴20(参照图2)为中心延伸的细长的针形状，经常称为接合工具针部。而且，在将两个被接合部件101a、101b(多个被接合部件)进行接合时，保持于工具支架2(参照图2)的接合工具1一边旋转，一边使其突起部11在作为被接合部件101a、101b的分界的接合线102上压入。此时，突起部11压入至接合工具1主体的底面部的除突起部11以外的部分(工具肩部12，参照图2)与被接合部件101a、101b的表面接触的位置。

若突起部11压入，则在被接合部件101a、101b，由于突起部11及工具肩部12(参照图2)与被接合部件101a、101b接触并且旋转时的摩擦热，温度上升，产生塑性流动现象。而且，产生了该塑性流动现象的被接合部件101a、101b的构成材料被接合工具1搅拌而混合。并且，接合工具1被控制为，在突起部11压入于被接合部件101a、101b的状态下沿着接合线102移动。其结果，被接合部件101a、101b的分界部被接合。

缓冷装置10经由固定部件30固定于外壳3(装置主体)。固定部件30由相对于外壳3向与接合方向D相反一侧延伸的板状的部件构成。另外，在固定部件30且在与被接合部件101a、101b对置的面安装有缓冷装置10。

另外，缓冷装置10对由FSW工具1A接合后的被接合部件101a、101b的接合部位S(接合后的部位)进行后加热(后给予热)，防止接合部位S的温度急剧降低，或防止淬火状态。此外，后加热是指，对由FSW工具1A接合后的被接合部件101a、101b的接合部位S以基本不会改变组织结构的范围的温度进行加热。另外，以不会改变由FSW工具1A接合后的接合部位的组织结构的温度进行加热。

另外，缓冷装置10由感应线圈10a形成为螺旋状的高频热源(非接触热源)构成。另外，缓冷装置10中，若从高频电流产生装置(未图示)向感应线圈供给高频电流，则以横切接合部位S的方式产生磁力线，在该接合部位S内部产生涡电流。该涡电流转换成焦耳热，从而接合部位S发热而被加热。

图2是表示本发明的实施方式的FSW装置100A的概要方框结构的例子的图。此外，图2中一并表示接合工具1、工具支架2以及外壳3的示意性的纵截面构造，并且示出了附属于它们的装置、部件。

外壳3是圆筒状的容器，在其内部经由轴承31并以能够以该圆柱的中心轴(主轴20)为中心旋转的方式保持有圆柱状的工具支架2。此时，工具支架2由安装于外壳3侧的主轴马达6旋转驱动。另外，在工具支架2的下方前端部安装有接合工具1，接合工具1与工具支架2一起由主轴马达6旋转驱动。

接合工具1呈与工具支架2同轴的圆柱形状，在其底面部设有与工具支架2同轴的细长大致圆柱状(针状)的突起部11。另外，接合工具1的底面部中的设有突起部11以外的部分称为工具肩部12。其中，突起部11压入至使工具肩部12与被接合部件101a、101b的表面接触的位置。因此，工具肩部12发挥使突起部11的压入停止的作用。另外，此时，工具肩部12按压被接合部件101a、101b的表面，并且在该表面上旋转、滑动。于是，因工具肩部12的旋转、滑动的摩擦热，被接合部件101a、101b内的工具肩部12及突起部11的附近部分被加热，出现塑性流动现象。

控制装置5A由未图示的具备运算处理装置和存储装置的普通的计算机构成，且控制主轴马达6的转速、工具移动驱动装置7(工具移动驱动部)的移动速度以及从缓冷装置10向接合部位S输出的热量。此外，这里所说的工具移动驱动装置7相当于图1中具有安装有外壳3的臂4的加工中心型FSW装置、多轴机器人型FSW装置。

另外，控制装置5A具有以接合部位S成为与接合后的温度相等的温度的方式控制缓冷装置10的给予热量控制部5a。

另外，控制装置5A的存储装置中存储有以下所示的FSW控制数据。即，FSW控制数据由与被接合部件101a、101b的材料及板厚相对应的接合温度、主轴马达转速、工具移动速度等构成。另外，对主轴马达转速设置初始值、恒定值#1、恒定值#2，对工具移动速度设定恒定值#1、恒定值#2。

主轴马达转速的初始值是将接合工具1的突起部11压入于被接合部件101a、101b时的主轴马达6的转速的初始值。另外，主轴马达转速的恒定值#1、恒定值#2及工具移动速度的恒定值#1、恒定值#2是设定接合实施中的主轴马达6的转速及接合工具1的移动速度的数据。主轴马达转速的初始值、恒定值#1、恒定值#2、工具移动速度的恒定值#1、恒定值#2等值是根据被接合部件101a、101b的材料及板厚等通过实验或模拟等预先求得适当的值而得的值。

图3是示意性地表示接合工具的突起部压入于被接合部件的情况的纵剖视图。

如图3所示，在将两个种类相同的被接合部件101a、101b(例如，两个铝合金板)进行对接接合的情况下，被接合部件101a、101b配置于垫板部件110上，接合工具1的突起部11一边旋转一边压入于其分界部。

此时，突起部11压入至其前端部大部分到达被接合部件101a、101b的背面侧，并且工具肩部12与被接合部件101a、101b的表面接触的深度。因此，就接合工具1而言，通常根据接合对象的板厚及材质，决定其突起部11的直径、长度、形状等。此外，垫板部件110具有较高的耐热性，并且具有可承受工具轴方向负载的硬度。

图4表示由种类不同的材料构成的被接合部件的接合例，图(a)是对接接合，图(b)是重叠接合。

如图4(a)所示，在将由不同种类的材料构成的被接合部件101c、101d进行对接接合的情况下，接合工具1的突起部11压入至外周部与两者的分界接触且其整体包含于由低温下软化的材料构成的被接合部件101c侧的位置。例如，在被接合部件101c的材料为铝合金，且被接合部件101d为铁合金的情况下，压入至包含于作为铝合金的被接合部件101c侧的位置。

此外，在由不同种类的材料构成的被接合部件101c、101d的接合的情况下，在低温下软化的被接合部件101c(例如，铝合金)侧产生塑性流动现象，但在被接合部件101d(例如，铁合金)侧未必产生塑性流动现象。但是，在这种情况下，主要是被接合部件101c侧的金属原子向被接合部件101d侧扩散，在两者的分界部形成共晶来接合两者。

另外，如图4的(b)所示，在将由不同种类的材料构成的被接合部件101c、101d进行重叠接合的情况下，接合工具1的突起部11从低温下软化的材料的被接合部件101c侧压入至其前端与被接合部件101d接触的位置。

另外，图4的(b)中，被接合部件101c、101d也可以是相同种类的材料。但是，在该情况下，接合工具1的突起部11越过两者的分界并压入至下侧的被接合部件101d中为佳。这样，在两者的分界部形成摩擦搅拌区域，因此坚固地接合。

图5是第一实施方式的FSW装置的动作说明图。此外，图5中，在左侧表示的图表示接合开始时，由双点划线表示的图表示接合结束时，在右侧表示的图表示加热结束时。另外，将FSW装置简化图示，且从图5的右侧向左侧沿接合方向D延伸的实线是指接合线102。

如图5的左图所示，FSW装置100A具备经由固定部件30固定于外壳3(装置主体)的缓冷装置10。该实施方式中的缓冷装置10与FSW工具1A的上下动进行连动地进行上下动。

另外，FSW装置100A的FSW工具1A的旋转中心O1(主轴20)与缓冷装置10(FSW工具1A侧的端部10b)隔开距离E的长度。本实施方式中的距离E是必须形成于FSW工具1A与缓冷装置10之间的物理上的距离。

在图5的左图所示的接合开始时，开始缓冷装置10进行的加热。此外，此时，缓冷装置10构成为，输出热量Q1将以斜线表示的范围R1进行加热。即、从接合开始到接合结束形成的接合部位S(参照图1)在任何位置均以范围R1加热(缓冷)。

然后，从接合开始位置起，一边沿着接合方向D移动FSW工具1A一边继续摩擦搅拌接合，使FSW工具1A移动至图5中用双点划线表示的接合结束位置。该接合结束位置中，以FSW工具1A和被接合部件101a、101b分离的方式使FSW装置100A向垂直方向的上方移动。但是，由于缓冷装置10相比FSW工具1A位于接合方向D的后侧，因此在接合结束位置，缓冷装置10未到达至接合结束位置。因此，需要以缓冷装置10移动至接合结束位置的方式使FSW装置100A向接合方向D进一步移动。

在缓冷装置10与FSW工具1A的上下动作连动地进行上下动作的FSW装置100A中，若在接合结束时使FSW装置100A向上方移动，则被接合部件101a、101b(接合部位S)与缓冷装置10的距离变动。此时，若是从接合开始到接合结束照原样给予对接合部位S给予的热量Q1，则热量不足。因此，从接合结束到加热结束(缓冷结束)的距离α的期间增加加热接合部位S的热量Q1并设为热量Q2。此外，热量Q2是成为与以热量Q1给予接合部位S的热容量相同的热容量的热量。换言之，热量Q2是成为与以热量Q1加热接合部位S而得到的温度相同的温度的热量。

而且，以从接合结束到加热结束从热量Q1增加至热量Q2的方式利用控制装置5A控制缓冷装置10，并继续加热至缓冷装置10的位置到达接合结束位置为止(距离α)。

这样，由FSW装置100A接合后的被接合部件101a、101b中，接合后的接合部位S由缓冷装置10加热，由此能够推迟接合部位S的冷却开始的时刻。

图6是第一实施方式的FSW装置中的接合部位的温度与接合后的经过时间的关系。此外，图6的实线为本实施方式，图6的虚线为比较例。此外，图6的比较例中，未设置本实施方式那样的缓冷装置10，在接合后立即进行自然冷却。

但是，在未设置缓冷装置10的情况下，如用图6的虚线所示，在接合后立即开始接合部位S的自然冷却，接合部位S快速地冷却。例如，比较例中，在将作为被接合部件101a、101b的高张力钢板彼此进行接合的情况下，在接合后产生裂缝等。

与之相对，具备图6所示的缓冷装置10的第一实施方式中，将接合后的接合部位S利用缓冷装置10立即进行缓冷(后加热)，能够使自然冷却的开始点推迟时间Tm的量。这样，接合完成后的经过的时间Tm，接合部位S的温度维持为与接合后相同的温度。经过时间Tm后，接合部位S的温度因自然冷却从开始点P下降。这样，利用缓冷装置10推迟自然冷却的开始点P，即使在例如将作为被接合部件101a、101b的高张力钢板彼此进行接合的情况下，在接合后也不会产生裂缝等，能够得到高质量的接合部位S。

但是，已知就高张力钢板而言，若进行焊接则已焊接的部分的张力受损，因此不能应用焊接。与之相对，摩擦搅拌接合中，即使进行接合也不会损坏张力。但是确认了：作为高张力钢板的接合方法，若应用摩擦搅拌接合，一边适当管理从接合开始到接合结束的温度一边接合，则接合后在接合部位产生裂缝。因此，本实施方式中确认了：通过将具备缓冷装置10的FSW装置100A应用于高张力钢板的接合，能够实现在接合后不会产生裂缝等的不良情况的高质量的摩擦搅拌接合。

另外，作为应用于本实施方式的被接合部件101a、101b，不限定于高张力钢板彼此的组合，能够应用铝合金和铁的组合等的各种组合。

如以上说明所示，第一实施方式的FSW装置100A中，具备：保持于外壳3并将多个被接合部件101a、101b进行摩擦搅拌来接合的FSW工具1A；以及将由FSW工具1A接合后的多个被接合部件101a、101b的接合部位S进行缓冷的缓冷装置10。由此，能够推迟接合部位S的自然冷却的开始点P(参照图6)，因此与不进行缓冷(后加热)的情况相比，能够得到高质量的接合部位S。这样，利用缓冷装置10将接合部位S进行后加热来推迟自然冷却的开始，由此能够实现高质量的摩擦搅拌接合。

另外，第一实施方式中，优选缓冷装置10应用不与接合部位S接触地进行加热的非接触热源。但是，如果是接触式热源，则在与接合部位S之间产生摩擦，因此，有接合质量因摩擦而降低的担忧。与之相对，通过采用非接触热源，不会产生与接合部位S的摩擦，因此能够抑制接合质量降低。

另外，第一实施方式中，作为非接触热源优选使用高频热源。由此，能够用非接触且简单的结构并以刚接合之后的温度或接近该温度的温度(不改变组织结构的温度)进行维持接合部位S，实现接合质量的进一步提高。

此外，作为非接触热源，也可以是激光等的光热源，也可以是其它热源。即使在这种光热源的情况下，也能够与高频热源一样对接合部位S进行后加热。

另外，第一实施方式中，具备：使FSW工具1A沿着接合线102移动的工具移动驱动装置7；以及控制从缓冷装置10给予接合部位S的热量的控制装置5A(给予热量控制部5a)(参照图2)。另外，缓冷装置10固定于外壳3，控制装置5A在接合结束时，在将FSW工具1A从接合部位S分离后增加给予接合部位S的热量。由此，在FSW工具1A和缓冷装置10在接合方向D上物理性分离地构成的情况下，能够将由FSW工具1A接合后的区域全部缓冷。另外，由于能够减少可动部，因此能够简化FSW装置100A的结构，并且能够提高作为产品的可靠性。

(第二实施方式)

图7是第二实施方式的FSW装置的概要方框结构图。此外，第二实施方式中，对于与第一实施方式同样的结构，标注与第一实施方式同样的符号并省略重复的说明(以后的其它实施方式也一样)。

如图7所示，第二实施方式的FSW装置100B具备能够使缓冷装置10在上下方向(FSW工具1A的轴向)上移动的缓冷部轴向移动驱动装置8(缓冷装置轴向移动驱动部)。

缓冷部轴向移动驱动装置8设于外壳3与固定部件30之间，并构成为，通过使固定部件30相对于外壳3进行上下动，从而固定于固定部件30的缓冷装置10进行上下动。另外，缓冷部轴向移动驱动装置8能够构成为，例如通过具备齿条和小齿轮机构、电动机的公知的方法，能够将电动机的旋转动力转换成缓冷装置10的直线动力。

另外，缓冷部轴向移动驱动装置8与控制装置5B电连接，在接合结束时，FSW工具1A向从接合部位S分离的方向移动时，以接合结束前的接合部位S与缓冷装置10的距离相同的方式，将缓冷装置10向接近接合部位S的方向进行移动控制。

控制装置5B具有控制使缓冷装置10进行上下动的缓冷部轴向移动驱动装置8的缓冷部驱动控制部5b(缓冷装置驱动控制部)。由此，第二实施方式中，不需要第一实施方式那样使从缓冷装置10输出的热量改变的控制。

图8是第二实施方式的FSW装置的动作说明图。此外，图8的左图表示接合开始时，图8的用双点划线表示的图表示接合结束时，图8的右图表示加热结束时。

如图8的左图所示，就第二实施方式的FSW装置100B而言，安装于外壳3(装置主体)的固定部件30经由缓冷部轴向移动驱动装置8进行上下动，从而缓冷装置10相对于FSW工具1A进行上下动。

在图8的接合开始时，开始缓冷装置10进行的加热。此外，在图8的接合开始时，缓冷装置10以热量Q1加热由斜线表示的范围R1。

然后，从图8的接合开始位置起，一边沿着接合方向D移动FSW工具1A一边继续摩擦搅拌接合，并使FSW工具1A进一步移动至用图8的双点划线表示的接合结束位置。在图8的接合结束位置，以将FSW工具1A从被接合部件101a、101b分离的方式使FSW装置100B向垂直方向的上方移动。但是，在图8的接合结束位置，由于缓冷装置10未到达至接合结束位置，所以需要使FSW装置100B进一步在接合方向D移动。

但是，在具备使缓冷装置10相对于外壳3进行上下动的缓冷部轴向移动驱动装置8的FSW装置100B中，若在接合结束时使FSW装置100B向上方移动，则接合部位S与缓冷装置10的距离发生变动。因此，从接合结束时到加热结束的距离α期间，利用缓冷部轴向移动驱动装置8使缓冷装置10下降，使接合结束前的接合部位S与缓冷装置10的距离相同。即，在接合结束时将FSW工具1A上升Xcm的情况下，将缓冷装置10下降Xcm。由此，从接合开始位置直到成为接合结束位置+距离α，能够使加热接合部位S的热量Q1相同。由此，不需要缓冷装置10的热量控制，能够简化控制装置5B的控制。

这样，在由FSW装置100A接合后的被接合部件101a、101b中，通过利用缓冷装置10加热接合后的接合部位S，从而能够推迟接合部位S的冷却开始的时刻。

第二实施方式的FSW装置100B中，具备：使FSW工具1A沿着接合线102移动的工具移动驱动装置7；使缓冷装置10在向接合部位S接近的方向及离开的方向上移动的缓冷部轴向移动驱动装置8；以及控制缓冷部轴向移动驱动装置8的缓冷部驱动控制部5b。另外，缓冷部驱动控制部5b在接合结束时，在将FSW工具1A从接合部位S分离后利用缓冷部轴向移动驱动装置8使缓冷装置10向接近接合部位S的方向对其进行驱动。据此，仅使缓冷装置10的位置进行机械地变动，因此，与使缓冷装置10的热量改变的情况相比，控制装置5B的控制变得容易。此外，其它的与第一实施方式同样的结构实现同样的效果。

(第三实施方式)

图9是第三实施方式的FSW装置的概要结构图。

如图9所示，第三实施方式的FSW装置100C具备使缓冷装置10沿着接合方向D移动的缓冷部接合方向移动驱动装置9(缓冷装置接合方向移动驱动部)。该缓冷部接合方向移动驱动装置9设于固定部件32，能够改变FSW工具1A的旋转中心O1(主轴20)与缓冷装置10(FSW工具1A侧的端部10b)的距离E。其它结构与第一实施方式同样。缓冷部接合方向移动驱动装置9构成为，例如通过具备齿条和小齿轮机构、电动机的公知的方法，能够将电动机的旋转动力转换成缓冷装置10的直线动力。

控制装置5C具有控制使缓冷装置10沿接合方向D移动的缓冷部接合方向移动驱动装置9的缓冷部接合方向驱动控制部5c。

第三实施方式的FSW装置100C的外壳3具备使缓冷装置10沿着接合方向D移动的缓冷部接合方向移动驱动装置9。据此，能够根据突起部11(探针)的移动速度改变缓冷装置10的接合方向D的位置，因此能够根据各种的被接合部件101a、101b的组合进行适宜变更。

(第四实施方式)

图10是第四实施方式的FSW装置的概要结构图。

如图10所示，第四实施方式的FSW装置100D为第三实施方式的变形例，在接合方向上具备多个缓冷装置10、10。此外，缓冷装置10的个数不限定于两个，也可以是三个以上。

控制装置5D具备控制缓冷装置10、10的给予热量控制部5d。该给予热量控制部5d以接合部位S的温度维持与刚接合之后的温度相同的温度的方式控制缓冷装置10、10。

这样，在FSW装置100D中，能够利用多个缓冷装置10、10分别以热量Q1加热接合部位S。在该情况下，能够以斜线表示的范围R2加热接合部位S。即，第四实施方式中，能够比第一实施方式更长地(2倍的时间)对接合部位S进行后加热。

图11是表示第四实施方式的FSW装置的接合部位的温度与接合后的经过时间的关系的图表。此外，图11中的实线为第四实施方式，虚线为第一实施方式，单点划线为比较例。图11的虚线和单点划线与图6的实线和虚线一样。

如由图11的实线所示，在具备多个缓冷装置10、10的第四实施方式中，利用缓冷装置10、10将接合部位S缓冷(后加热)，从而能够使自然冷却的开始点比第一实施方式(虚线)进一步推迟(参照时间Tm1)。接合部位S的温度从自然冷却的开始点P1降低。这样，通过利用多个缓冷装置10、10推迟自然冷却的开始点P1，从而能够得到高质量的接合部位S。

第四实施方式的FSW装置100D在接合方向D上具备多个缓冷装置10、10。据此，能够延长接合部位S的后加热时间，能够实现高质量的摩擦搅拌接合。

此外，也可以以能够将FSW装置100D的缓冷装置10、10如第三实施方式那样在接合方向D上移动的方式在各个缓冷装置10追加缓冷部接合方向移动驱动装置。另外，也可以构成为能够移动缓冷装置10、10的任一方，也可以构成为能够移动双方。

(第五实施方式)

图12是第五实施方式的FSW装置的概要结构图。

如图12所示，第五实施方式的FSW装置100E具备大型的缓冷装置10E，来代替第一实施方式的缓冷装置10。该缓冷装置10E由例如高频热源构成，与第一实施方式相比，由大径且绕组也较多的感应线圈构成。

控制装置5E具备控制缓冷装置10E的给予热量控制部5e。该给予热量控制部5e通过以热量Q3加热接合部位S，以接合部位S的温度成为与刚接合之后的温度相同的温度的方式控制缓冷装置10。

此外，第五实施方式中，若是与第一实施方式一样的FSW工具1A和缓冷装置10E一起进行上下动的结构，则也可以在接合结束后的距离α(参照图5)，利用给予热量控制部5e增加热量。另外，第五实施方式中，若是与第二实施方式一样的缓冷装置10相对于FSW工具1A可动的结构，则也可以在接合结束后的距离α(参照图8)，应用能够使缓冷装置10E在FSW工具1A的轴向上移动的缓冷部轴向移动驱动装置。

第五实施方式的FSW装置100E与第四实施方式一样能够延长接合部位S的后加热时间(参照图11的实线)，能够实现高质量的摩擦搅拌接合。

(第六实施方式)

图13是第六实施方式的FSW装置的概要结构图，图14是图13的Y方向向视图。

如图13所示，第六实施方式的FSW装置100F是缓冷装置10隔着被接合部件101a、101b设于FSW工具1A的相反侧的装置。另外，FSW装置100F具备从接合线方向观察时形成为大致C字状的C型框架33(固定部件)。

缓冷装置10配置于从被接合部件101a和被接合部件101b对接的接合线102向垂直方向下方分离的位置。由此，缓冷装置10从由FSW工具1A接合的侧的相反侧进行缓冷(加热)。

如图14所示，FSW装置100F中，FSW工具1A的旋转中心O1与缓冷装置10(FSW工具1A侧的端部10b)分离距离E1的长度。

第六实施方式中，缓冷装置10隔着被接合部件101a、101b设于FSW工具1A的相反侧。由此，能够较短地设定距离E1，能够在FSW工具1A的接合后立即迅速开始缓冷(后加热)，能够较短地设定从接合后到开始缓冷(后加热)的时间滞后。

(第七实施方式)

图15是第七实施方式的FSW装置的概要结构图。

如图15所示，第七实施方式的FSW装置100G具备使FSW工具1A沿接合方向D移动的工具移动驱动装置7A(第一驱动部)。FSW装置100G具备使缓冷装置10沿接合方向D移动的缓冷部接合方向移动驱动装置9A(第二驱动部)。由此，FSW工具1A和缓冷装置10沿着接合方向D独立地动作。

控制装置5G具有控制工具移动驱动装置7A的工具驱动控制部5f和控制缓冷部接合方向移动驱动装置9A的缓冷部驱动控制部5g。

第七实施方式中，具备使FSW工具1A沿接合方向D驱动的工具移动驱动装置7A和使缓冷装置10沿接合方向D驱动的缓冷部接合方向移动驱动装置9A。据此，能够使FSW工具1A和缓冷装置10独立地驱动，能够进行更高精度的控制。例如，也可以使缓冷装置10的移动速度V2比FSW工具1A的移动速度V1慢，增加给予接合部位S的热量。由此，容易将接合部位S维持为接近接合时的温度的温度。

(第八实施方式)

图16是第八实施方式的FSW装置的概要方框结构图。

如图16所示，第八实施方式的FSW装置100H是在第一实施方式的FSW装置100A追加了计测接合部位S的温度(接合温度)的温度计测装置14的装置。温度计测装置14是以非接触方式对测定对象物的温度进行计测的装置，能够由所谓的红外线热像仪构成。

温度计测装置14固定于固定缓冷装置10的固定部件30。另外，温度计测装置14在缓冷装置10的附近位于缓冷装置10与FSW工具1A之间。由此，利用温度计测装置14，计测接合部位S的温度或接合部位S的附近(由缓冷装置10加热之前)的温度。

控制装置5H(摩擦搅拌接合控制装置)具备：存储对接合部位S设定的目标设定温度(要将接合结束之后的部位保持成多少度的保持目标温度)的目标设定温度存储部5h和基于目标设定温度算出给予接合部位S的热量的给予热量算出部5i。

在目标设定温度存储部5h，将被接合部件101a、101b的种类及厚度、FSW工具1A的移动速度(行进速度)、突起部11与缓冷装置10的距离(FSW工具1A的旋转中心O1与缓冷装置10的端部10b的距离)建立关联地决定的目标设定温度进行数据库化并存储。从该目标设定温度存储部5h选择适合于被接合部件101a、101b的摩擦搅拌接合的目标设定温度。目标设定温度通过事前的试验等决定。

图17是第八实施方式的FSW装置的运算方框图。

如图17所示，给予热量算出部5i中，输入目标设定温度，以成为输入的目标设定温度的方式控制缓冷装置10。而且，将由温度计测装置14计测的接合部位S的温度(接合温度)输入于给予热量算出部5i。而且，在给予热量算出部5i中，比较目标设定温度和接合温度，以从缓冷装置10输出偏差成为零的热量的方式控制缓冷装置10。这样，执行基于温度计测装置14的温度的反馈控制。

图18是表示第八实施方式的FSW装置的动作的流程图。

如图18所示，步骤S10中，控制装置5H判定是否开始FSW装置100H的摩擦搅拌接合。开始接合是指，接合工具1开始旋转，接合工具1上升至能够接合的温度，被接合部件101a、101b沿着接合线102开始接合时。

步骤S10中，在控制装置5H判定为未开始接合的情况下(No)，反复进行步骤S10的处理，在判定为开始接合的情况下(Yes)，进入步骤S20的处理。

步骤S20中，控制装置5H开始缓冷装置10的缓冷(后加热，后给予热)。即，控制装置5H基于目标设定温度，控制从缓冷装置10给予接合部位S的热量。

步骤S30中，控制装置5H利用温度计测装置14取得接合部位S的接合温度T。

步骤S40中，控制装置5H算出给予接合部位S的给予热量。控制装置5H的给予热量算出部5i比较步骤S30中取得的接合温度T和已决定的目标设定温度，以偏差成为零(目标设定温度)的方式控制缓冷装置10。由此，接合部位S进行缓冷(加热)。即，加热在不改变接合完成时的接合部位S的组织结构的范围内进行。

步骤S50中，控制装置5H判定接合是否已结束。接合是否已结束通过FSW装置100H是否移动了预先设定的距离进行判定。步骤S50中，在控制装置5H判定为接合没有结束的情况下(No)，返回步骤S30，在判定为接合已结束的情况下(Yes)，进入步骤S60的处理。

步骤S60中，控制装置5H判定FSW工具1A是否从接合结束点移动了预定距离α。FSW工具1A是否移动了预定距离α能够基于例如根据移动速度算出的经过时间进行判定。步骤S60中，在控制装置5H判定为FSW工具1A未从接合结束点移动了预定距离α的情况下(No)，返回步骤S30，在判定为移动了预定距离α的情况下(Yes)，进入步骤S70的处理。

步骤S70中，控制装置5H停止电力向缓冷装置10的供给，并结束缓冷。

这样，第八实施方式具备与FSW装置100H连接的控制装置5H，该FSW装置100H具备：将多个被接合部件101a、101b进行摩擦搅拌来接合的FSW工具1A；将由FSW工具1A接合后的多个被接合部件101a、101b的接合部位S进行缓冷的缓冷装置10；以及计测接合部位S的接合温度T的温度计测装置14。该控制装置5H具备：存储对接合部位S设定的目标设定温度的目标设定温度存储部5h和基于目标设定温度算出给予接合部位S的热量的给予热量算出部5i。给予热量算出部5i以目标设定温度与接合温度T的偏差成为零的方式控制缓冷装置10。这样，通过利用温度计测装置14检测接合部位S的接合温度T，能够高精度地进行接合部位S的温度管理，能够防止产生接合部位S的组织变化。其结果，能够实现高精度的摩擦搅拌接合。

(第九实施方式)

图19是第九实施方式的FSW装置的概要图。

如图19所示，第九实施方式的FSW装置100I是将缓冷装置10相对于垂直方向向FSW工具1A侧倾斜配置的装置。缓冷装置10由高频热源或使用了激光的光热源等构成。

由此，与第一实施方式的情况相比，能够使接合部位S的缓冷开始位置(加热开始位置)P2接近FSW工具1A，能够缩短FSW工具1A的接合后的直至缓冷开始的时间滞后。因此，能够抑制接合部位S的组织变化，并能够实现高质量的摩擦搅拌接合。

本发明不限定于以上说明的实施方式，还包含各种变形例。例如，上述的实施方式是为了容易理解说明本发明而详细说明的方式，未必限定于具备说明的全部结构的方式。另外，能够将某实施方式的结构的一部分置换成其它实施方式的结构，另外，也能够在某实施方式的结构上增加其它实施方式的结构。另外，也能够对各实施方式的结构的一部分追加、削除、置换其它实施方式所包含的结构。

例如，上述的实施方式中，举例说明了将缓冷装置10经由固定部件30安装于外壳3的情况，但也可以将缓冷装置10直接固定于外壳3。

另外，上述的实施方式中，举例说明了使FSW装置100A～100I进行动作，且将被接合部件101a、101b设为固定的情况，但也可以是将FSW装置100A～100I设为固定，而使被接合部件101a、101b进行动作的结构。

Claims (14)

1.一种摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

具备：

摩擦搅拌接合工具，其保持于装置主体，并将多个被接合部件进行摩擦搅拌来接合；以及

缓冷装置，其将由上述摩擦搅拌接合工具接合后的上述多个被接合部件的接合部位进行缓冷，

上述装置主体具备使上述缓冷装置沿着接合方向移动的缓冷装置接合方向移动驱动部。

2.一种摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

具备：

摩擦搅拌接合工具，其保持于装置主体，并将多个被接合部件进行摩擦搅拌来接合；

缓冷装置，其将由上述摩擦搅拌接合工具接合后的上述多个被接合部件的接合部位进行缓冷；

第一驱动部，其使上述摩擦搅拌接合工具沿接合方向驱动；以及

第二驱动部，其使上述缓冷装置沿接合方向驱动。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

上述缓冷装置是不与上述接合部位接触地进行加热的非接触热源。

4.根据权利要求3所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

上述非接触热源是高频热源。

5.根据权利要求3所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

上述非接触热源是光热源。

6.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

具备：工具移动驱动部，其使上述摩擦搅拌接合工具沿着接合线移动；以及给予热量控制部，其控制从上述缓冷装置给予上述接合部位的热量，

在接合结束时，在将上述摩擦搅拌接合工具从上述接合部位分离后上述给予热量控制部增加给予上述接合部位的热量。

7.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

具备：工具移动驱动部，其使上述摩擦搅拌接合工具沿着接合线移动；缓冷装置轴向移动驱动部，其使上述缓冷装置沿着向上述接合部位接近的方向及离开的方向移动；以及缓冷装置驱动控制部，其控制上述缓冷装置轴向移动驱动部，

在接合结束时，在将上述摩擦搅拌接合工具从上述接合部位分离后上述缓冷装置驱动控制部控制上述缓冷装置轴向移动驱动部，使上述缓冷装置沿着接近上述接合部位的方向驱动。

8.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

上述装置主体在接合方向上具备多个上述缓冷装置。

9.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

上述缓冷装置隔着上述被接合部件设于上述摩擦搅拌接合工具的相反侧。

10.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

上述缓冷装置向上述摩擦搅拌接合工具侧倾斜配置。

11.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

具备非接触的温度计测装置，其检测上述接合部位的温度。

12.一种摩擦搅拌接合控制装置，其与摩擦搅拌接合装置连接，该摩擦搅拌接合装置具备：摩擦搅拌接合工具，其保持于装置主体，并将多个被接合部件进行摩擦搅拌来接合；缓冷装置，其将由上述摩擦搅拌接合工具接合后的上述多个被接合部件的接合部位进行缓冷；缓冷装置接合方向移动驱动部，其设置于上述装置主体，并使上述缓冷装置沿着接合方向移动；以及温度计测装置，其计测上述接合部位的接合温度，

上述摩擦搅拌接合控制装置的特征在于，

该摩擦搅拌接合控制装置具备：目标设定温度存储部，其存储对上述接合部位设定的目标设定温度；以及给予热量算出部，其基于上述目标设定温度算出给予上述接合部位的热量，

上述给予热量算出部以上述目标设定温度与上述接合温度的偏差成为零的方式控制上述缓冷装置。

13.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

利用保持于装置主体并将多个被接合部件进行摩擦搅拌的摩擦搅拌接合工具接合上述多个接合部件，在接合后，由缓冷装置将由上述摩擦搅拌接合工具接合后的上述多个被接合部件的接合部位进行缓冷，上述缓冷装置设置为相对于上述装置主体沿着接合方向移动。

14.根据权利要求13所述的摩擦搅拌接合方法，其特征在于，

计测上述接合部位的接合温度，算出上述接合温度与对上述接合部位设定的目标设定温度的偏差，并以上述偏差成为零的方式进行缓冷。