CN111315527A - 摩擦搅拌接合用工具以及摩擦搅拌接合装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供摩擦搅拌接合用工具以及应用了该摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合装置。本发明的摩擦搅拌接合用工具具备具有旋转轴的搅拌销、以及具有第一面的壳体，壳体包括收纳孔，该收纳孔将所述搅拌销收纳为能够绕所述旋转轴相对地旋转，且在所述第一面开口，搅拌销在沿着该旋转轴的一端包括搅拌部，该搅拌部在所述搅拌销收纳于所述收纳孔的状态下从第一面突出并插入工件，在壳体形成有排出孔，该排出孔从所述收纳孔与所述壳体的外部连通。

Description

摩擦搅拌接合用工具以及摩擦搅拌接合装置

技术领域

本发明涉及摩擦搅拌接合用工具以及应用该摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合装置。

背景技术

将由分体构成的销和台肩构成的旋转工具安装于旋转头，使销一边相对于台肩相对地旋转一边插入工件内，通过工件与旋转工具的摩擦热将工件加热而产生塑性流动来进行接合的所谓的摩擦搅拌接合技术已为公众所知。根据这样的摩擦搅拌接合，通过不使工件熔融而进行接合，能够降低对工件输入的过多的热量，因此能够抑制工件的材质的降低、接合后的变形。

作为这样的摩擦搅拌接合技术之一，例如已知有专利文献1以及专利文献2所公开的摩擦搅拌接合装置。这样的接合装置应用于对两个部件的对接部的连续接合、对重合部的点接合(spot接合)等。

专利文献1：日本特表2009-537325号公报

专利文献2：日本特开2007-313520号公报

在专利文献1以及专利文献2所公开的接合装置中，在进入销与台肩部件之间的材料渣与销之间产生摩擦热，销被过度加热而导致强度降低，或者最终导致销破损等，成为工具寿命降低的原因之一。

发明内容

本发明是鉴于以上的状况而完成的，其目的在于提供一种摩擦搅拌接合用工具以及使用了该摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合装置，在将销与台肩分体构成的情况下，即便工件的一部分从销与台肩之间的间隙侵入，也能够抑制销的强度降低、破损等。

根据本发明的第一侧面，摩擦搅拌接合用工具的特征在于，具备：搅拌销，具有旋转轴；以及壳体，具有第一面，所述壳体包括收纳孔，该收纳孔将所述搅拌销收纳为能够绕所述旋转轴相对地旋转，且在所述第一面开口，所述搅拌销在沿着所述旋转轴的一端包括搅拌部，该搅拌部在所述搅拌销收纳于所述收纳孔的状态下从所述第一面突出并插入工件，在所述壳体形成有排出孔，该排出孔将所述收纳孔与所述壳体的外部连通。

另外，根据本发明的第二侧面，摩擦搅拌接合装置的特征在于，具备：主轴台，包括旋转主轴；上述的摩擦搅拌接合用工具，安装于主轴台；加工台，保持工件；以及数值控制装置，对主轴台与加工台的相对动作进行控制。

根据所述发明，在摩擦搅拌接合用工具的壳体中，通过具备将收纳搅拌销的收纳孔与壳体的外部连通的排出孔，从而能够将从搅拌销与壳体的收纳孔之间的间隙侵入的工件从上述排出孔排出，因此能够抑制搅拌销的强度降低、破损等。

附图说明

图1是表示应用本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合装置的概要的局部剖视图。

图2A是表示本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，表示使用时的工具前端的概要。

图2B是表示本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，表示壳体的前端附近的概要。

图2C是表示本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，表示收纳于壳体的搅拌销的概要。

图3是表示使用本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具对两张金属板的对接部进行摩擦搅拌接合时的概要的剖视图。

图4A是表示本发明的实施例2的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，表示使用时的工具前端的概要。

图4B是表示本发明的实施例2的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，表示壳体主体与台肩的安装结构的概要。

图5A是用于对图4B所示的台肩的具体结构进行说明的侧视图。

图5B是用于对图4B所示的台肩的具体结构进行说明的仰视图。

图5C是用于对图4B所示的台肩的具体结构进行说明的俯视图。

图6A是表示本发明的实施例3的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，表示使用时的工具前端的概要。

图6B是表示本发明的实施例3的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，表示壳体主体与台肩的安装结构的概要。

图7A是表示本发明的实施例4的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，表示使用时的工具前端的概要。

图7B是表示本发明的实施例4的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，表示壳体主体与台肩的安装结构的概要。

图8是表示本发明的实施例5的摩擦搅拌接合用工具的使用时的工具前端的概要的剖视图。

图9A是用于对应用于本发明的实施例6的摩擦搅拌接合用工具的台肩的具体结构进行说明的侧视图。

图9B是用于对应用于本发明的实施例6的摩擦搅拌接合用工具的台肩的具体结构进行说明的仰视图。

图9C是用于对应用于本发明的实施例6的摩擦搅拌接合用工具的台肩的具体结构进行说明的俯视图。

具体实施方式

作为摩擦搅拌接合技术之一，已知有如下的接合装置，将销与台肩分体构成的摩擦搅拌接合用工具安装于旋转头，在使台肩与工件接触的状态下，使销一边相对于台肩旋转一边插入工件的内部来进行摩擦搅拌接合(例如参照专利文献1)。这样的接合装置具有仅凭借销的旋转便能充分获得接合所需的摩擦发热的优点，应用于对两个部件的对接部的连续接合、对重合部的点接合(spot接合)等。

在这样的接合装置中，由于摩擦搅拌接合用工具与包括销和台肩的壳体分体构成，因此，在销与壳体之间存在规定的空隙(间隙)在结构上是不可避免的。因此，摩擦搅拌接合时塑性流动的工件的材料的一部分通过上述空隙侵入工具的内部。

在这样的情况下，若在接合后工件冷却，则侵入到工具的内部的工件的一部分也冷却而凝固，因此有时工件粘连在销与壳体之间，工具的反复使用变得困难。另外，由于侵入的工件未被排出到外部而停留在工具的内部，因此，在一定的工件侵入之后塑性流动的工件的一部分从台肩与工件之间漏出，固定在工件的上表面，致使接合部表面的质量降低。

为了消除这样的现象，在使用了将探针(销)与台肩部件分体构成的所谓的复动式旋转工具的摩擦搅拌点接合装置(例如参照专利文献2)中以如下方式进行了改良，即：在台肩部件的侧壁形成多个排出孔，并且在探针外周还形成多个突起物，通过上述突起物使在摩擦搅拌点接合时侵入探针与台肩部件之间的材料渣细分后从排出孔排出。由此，在点接合中，能够将侵入工具的内部的材料渣有效地向外部排出，避免探针与台肩部件之间的粘连。

但是，在沿着两个工件的对接部连续地进行接合的摩擦搅拌接合装置的情况下，在接合的最初到最后，即从销的前端压入对接部到被拔出为止的期间，工件的一部分从销与台肩之间的间隙连续地侵入壳体的内部，因此，大量的工件的一部分滞留在壳体的内部。此时，构成工具的销在连续地进行摩擦搅拌接合的期间始终旋转，因此，在滞留于壳体的内部的工件的一部分与销接触的情况下，在旋转的销与工件的一部分之间产生摩擦热，销被过度加热而强度降低，或者最终导致销的破损等，成为工具寿命降低的原因之一。

另一方面，在上述的摩擦搅拌点接合装置中，虽然进入探针与台肩部件之间的材料渣能够向外部排出，但是，在点接合中，工具基本上不沿着工件的接合部表面移动，或者在接合的每一处的接合时间极短，因此，每一次侵入工具内的材料渣的量不会太多。因此，在摩擦搅拌点接合装置中，能够将侵入的材料渣通过形成于探针的突起物分割而作为少量的小片向外部排出。

但是，形成有上述那样的排出孔的工具构成为：在探针与台肩部件之间强行形成使材料渣滞留的空间，在该空间内通过形成于探针的突起物将材料渣细分，因此，即便使用这样的工具进行连续的摩擦搅拌接合，也仍然同样地由于连续地侵入的材料渣与探针接触而产生摩擦热，存在由于该摩擦热而无法避免探针的强度降低、破损等引起的工具寿命降低的问题。

因此，实施方式中的摩擦搅拌接合用工具在壳体具备排出孔，该排出孔将收纳搅拌销的收纳孔与壳体的外部连通。通过具备这样的排出孔，能够将侵入的材料渣连续地排出，因此，能够抑制探针的强度降低、破损等，避免工具寿命的降低。另外，发明人所认识到的事项的记载是为了深入理解实施方式中的摩擦搅拌接合用工具而作为参考记载的，并不表示公知技术。

<实施例1>

图1是表示应用本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合装置的概要的局部剖视图。如图1所示，应用本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具100的摩擦搅拌接合装置1具备主体部10、工件输送部20、控制部30。

摩擦搅拌接合装置1的主体部10由主轴台12、主轴台进给装置18构成。主轴台12具备主轴机架14以及旋转主轴16，该旋转主轴16以相对于主轴机架14相对旋转的方式内置于主轴机架14。主轴进给装置18使主轴台12沿着XYZ这3个轴向移动。在主轴机架14的下端安装后述的摩擦搅拌接合用工具100的壳体110。

另一方面，在旋转主轴16同轴连结有摩擦搅拌接合用工具100的搅拌销120。由此，在本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具100中，搅拌销120相对于壳体110相对旋转。

工件输送部20由载置并支承工件W的加工台22、使该加工台22沿着XY方向移动的加工台进给装置24构成。加工台22在其上表面具备固定支承要接合的工件W的例如夹持件等支承机构(未图示)，通过加工台进给装置24的驱动而使工件W相对于摩擦搅拌接合用工具100相对移动。

控制部30例如具备：数值控制装置32，控制包括主轴台12及加工台22等的摩擦搅拌接合装置1整体的动作；接口34，用于供操作人员输入数值控制装置32所执行的加工控制中的加工条件等；以及存储器36，其存储各种加工程序及加工条件等的数据36a。数值控制装置32具有：旋转控制部32a，向内置于主体部10的主轴台12的旋转驱动部12a输出控制摩擦搅拌接合用工具100的旋转的旋转指令信号；以及进给轴控制部32b，向内置于主轴台进给装置18的进给轴驱动部18a输出控制主轴台12的移动的进给指令信号。由此，对主轴台12与加工台22的相对动作、接合中的摩擦搅拌接合用工具100的转速、工具向工件W的插入深度等进行控制。

本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具100包括：壳体110，安装于主轴机架14的下端；以及搅拌销120，安装于旋转主轴16。壳体110由壳体主体112构成，该壳体主体112在上端形成有安装于主轴机架14的安装部116，在下端具有相对于工件W以非旋转的状态接触的第一面(台肩面)114a。另一方面，搅拌销120由安装于旋转主轴16的销支架122、以及相对于该销支架122拆装自由地安装的销主体124构成，沿着旋转轴C延伸。

图2A至图2C是表示本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，图2A表示使用时的工具前端的概要，图2B表示壳体的前端附近的概要，图2C表示收纳于壳体的搅拌销的概要。如图2A所示，本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具100在壳体110的内侧，从安装于主轴机架14的上端侧到形成有第一面114a的下端侧形成有收纳孔SH。

该收纳孔SH将搅拌销120收纳为能够相对于壳体110绕旋转轴C相对旋转，在第一面114a开口。进而，搅拌销120在沿着旋转轴C的一端包括搅拌部124a，该搅拌部124a在搅拌销120收纳于收纳孔SH的状态下从第一面114a突出并插入到工件。另外，在壳体110形成有排出孔118，该排出孔118将收纳孔SH与壳体110的外部连通。

如图2B所示，壳体110在壳体主体112的下端形成有与工件W的上表面接触的第一面114a。另外，壳体主体112的收纳孔SH包括相互连接的第一收纳孔H1与第二收纳孔H2。第一收纳孔H1相对于第二收纳孔H2而言位于第一面114a侧，在第一面114a开口。第二收纳孔H2相对于第一收纳孔H1而言位于旋转主轴16侧。

此处，优选第一面114a以比壳体110的投影面积小的面积与工件W接触。因此，在壳体主体112的下端作为其一个例子而形成有外径缩小的缩径部113，形成有从缩径部113的下部朝向前端变细的突出部114，位于突出部114的端部的第一面114a作为进行摩擦搅拌接合时与工件接触的台肩面发挥功能。

另外，在突出部114形成有与第二收纳孔H2连接的第一收纳孔H1，收纳搅拌销120的销主体124的一部分。此处，作为一个例子，第一收纳孔H1以及第二收纳孔H2被设定为孔径比后述的搅拌销120的销主体124的外径大，第二收纳孔H2被设定为孔径比第一收纳孔H1的孔径大。

另一方面，作为本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具100的特征，在壳体主体112形成有从收纳孔SH与壳体主体112的外部连通的排出孔118。此处，优选排出孔118形成在包括第一收纳孔H1与第二收纳孔H2的边界B的位置。另外，排出孔118可以通过钻孔加工、铣削加工追加加工贯通到内侧的孔而形成。

如图2C所示，在搅拌销120中，分体构成在一端具有搅拌部124a的销主体124和销支架122，以销主体124相对于搅拌部124a在沿着旋转轴C的相反侧安装于销支架122的状态构成，如图2A所示，旋转自如地收纳于壳体主体112的收纳孔SH。销主体124一边绕旋转轴C旋转一边在其一端的搅拌部124a压入工件W的状态与工件W相对移动，由此进行摩擦搅拌接合。此时，成为壳体110相对于工件W非旋转地接触，搅拌销120相对于壳体110旋转的结构，因此，在第一收纳孔H1的内表面与销主体124的外表面之间形成规定的间隔的间隙(空隙)G。

图3是表示使用本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具对两张金属板的对接部进行摩擦搅拌接合时的概要的剖视图。如图3所示，在将由固定支承在加工台22上的两张金属板构成的工件W1、W2的端面彼此对接而进行摩擦搅拌接合的情况下，一边使摩擦搅拌接合用工具100的搅拌销120绕旋转轴C向例如图示上的旋转方向R所示的方向旋转，一边推入销主体124的搅拌部124a直到壳体主体112的第一面114a与上述的两张工件W1、W2的对接部接触为止。若一边维持该状态一边沿着与图示上纸面正交的方向、即工件W1、W2的对接部的表面使工具或工件相对移动，则形成与移动后的对接部摩擦搅拌接合的接合部J。

此时，壳体主体112的第一面114a作为台肩面与工件W1、W2的对接部的上表面接触，并且销主体124的搅拌部124a插入对接部。因此，在摩擦搅拌接合时由于摩擦热而软化的材料中，与沉入上述壳体主体112的工件W1、W2的部分、插入到搅拌部124a的对接部的部分的体积对应的剩余金属M欲朝对接部的上表面侧塑性流动。此处，在使用了一般的销与台肩一体的接合用工具的情况下，上述剩余金属M向台肩的外侧溢出而成为接合部表面的“毛刺”。

与此相对，在销与台肩分体构成的本发明的摩擦搅拌接合用工具100中，剩余金属M的一部分也与上述情况同样地成为“毛刺”，但是其大部分通过图2A所示的第一收纳孔H1与销主体124之间的间隙G侵入形成在壳体主体112的内部的收纳孔SH的第二收纳孔H2内。通过该间隙G的剩余金属M的侵入量相对于由接合条件决定的销主体124的形状，通过使用具有不同的第一收纳孔H1的孔径的壳体来进行调整。

此处，在本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具100中，构成为：通过形成将壳体主体112的收纳孔SH中的第二收纳孔H2与外部连通的排出孔118，将如上所述侵入到第二收纳孔H2的剩余金属M向壳体主体112的外部排出。由此，在连续的摩擦搅拌接合的接合中，即便工件W1、W2的一部分即剩余金属M稳定地侵入摩擦搅拌接合用工具100的壳体110的收纳孔SH的内部，这些剩余金属M也不会滞留在收纳孔SH(特别是第二收纳孔H2)，因此，能够抑制在搅拌销120的销主体124与剩余金属M之间的摩擦发热。

进而，通过将第二收纳孔H2的孔径设定得比第一收纳孔H1的孔径大，借助由于收纳孔SH的孔径的扩大而引起的朝向远离旋转轴C的方向的流动和在接合中的搅拌销120的旋转动作中产生的离心力，侵入到收纳孔SH的剩余金属M容易向外部排出。此处，通过将排出孔118形成在包括第一收纳孔H1与第二收纳孔H2之间的边界B的位置，剩余金属M不会滞留在第二收纳孔H2以及排出孔118中而连续且顺畅地向壳体主体112的外部排出。

另外，由于剩余金属M在通过排出孔118的期间以逐渐冷却并固化的状态作为毛刺向外部排出，因此，不会固定在工件M而降低接合部表面的质量。进而，为了更连续且顺畅地排出剩余金属M，排出孔118可以形成为：使得作为工件W的一部分的塑性流动的剩余金属M沿着由于搅拌销120的旋转而产生的流动从收纳孔SH向壳体110的外部排出。

在壳体主体112中，在例如第一面114a、第一收纳孔H1的内表面、或者收纳孔SH中的第二收纳孔H2的内表面、销主体124等预先形成覆盖膜(未图示)，该覆盖膜由与构成工件W的材料的亲和性低的原料构成。由此，剩余金属M与壳体110、搅拌销120的粘连降低。

另外，如图3所示，可以构成为：在例如安装壳体110的主轴台12的主轴机架14等还具备气流供给机构(未图示)，该气流供给机构向壳体110的收纳孔SH供给气流F。由此，接合中的壳体110和搅拌销120被冷却，并且，侵入到收纳孔SH的剩余金属M也被冷却而促进向外部的排出。

根据这种结构，本发明的实施例1的摩擦搅拌接合用工具100，在使相对于壳体主体旋转的销主体124从包括第一面114a的壳体主体112的第一收纳孔H1突出并插入到工件W的分体型的工具中，通过在壳体主体112设置将收纳孔SH与外部连通的排出孔118，即便在工件W的一部即剩余金属M从第一收纳孔H1与销主体124之间的间隙G侵入的情况下，也能够有效地向外部排出剩余金属M。由此，销主体124与剩余金属M也不会在形成于壳体110内部的收纳孔SH中过度摩擦发热，因此，其结果是，能够抑制销主体124的强度降低、破损等。

另外，搅拌销120将销主体124与销支架122分体构成，因此，通过仅将具有在摩擦搅拌接合中始终与工件W接触的搅拌部124a的销主体124作为消耗品进行更换，能够抑制搅拌销120自身的破损。进而，由于能够仅将销主体124作为消耗品进行更换，因此能够降低作为摩擦搅拌接合用工具的运行成本。

<实施例2>

接着，使用图4以及图5对本发明的实施例2的摩擦搅拌接合用工具的概要进行说明。另外，在以下的说明中，应用了实施例2的摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合装置除了包括拆装式的台肩的摩擦搅拌接合用工具以外的结构之外的结构与实施例1的结构共同，因此此处省略重复的说明。

图4A以及图4B是表示本发明的实施例2的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，图4A表示使用时的工具前端的概要，图4B表示壳体主体与台肩的安装结构的概要。如图4A所示，本发明的实施例2的摩擦搅拌接合用工具200由安装于图1所示的主轴机架14的壳体210、和与旋转主轴16连结的搅拌销220构成。并且，壳体210将壳体主体212、和相对于壳体主体212的下端拆装自如地安装的台肩230分体构成，在将台肩230安装于壳体主体212的状态下，在其内侧形成有收纳孔SH，搅拌销220旋转自如地收纳于收纳孔SH。另外，搅拌销220包括拆装自如地安装的销主体224，沿着旋转轴C延伸。

如图4B所示，在壳体210的壳体主体212形成有保持部217，该保持部217的下端敞开并且保持后述的台肩230。壳体主体212的保持部217包括保持台肩230的被保持面232a的保持面217a、和供形成于台肩230的上端的定位面232b抵接的抵接面217b，保持面217a作为其一个例子而形成有例如内螺纹。

另一方面，台肩230一体地形成有安装部232、缩径部233和突出部234，该安装部232形成有与壳体主体212的抵接面217b抵接的定位面232b，该缩径部233从安装部232在高度方向上连续，该突出部234从缩径部233进一步朝向前端变细。并且，位于突出部234的端部的第一面234a作为进行摩擦搅拌接合时与工件接触的台肩面发挥功能。

安装部232的外形成为与上述的壳体主体212的保持面217a对应的形状的安装结构，作为其一个例子，安装部232的被保持面232a形成有例如外螺纹。另外，在台肩230的内部形成有构成壳体210的收纳孔SH的一部分的第二收纳孔H2。

另外，在突出部234形成有与第二收纳孔H2连接且在第一面234a开口的第一收纳孔H1，该第一收纳孔H1收纳搅拌销220的销主体224的一部分。此处，与实施例1的情况同样，第一收纳孔H1以及第二收纳孔H2被设定为孔径比销主体224的外径大，第二收纳孔H2被设定为孔径比第一收纳孔H1的孔径大。

在本发明的实施例2的摩擦搅拌接合用工具200中，在台肩230形成有将收纳孔SH与台肩230的外部连通的排出孔238。此处，与实施例1的情况同样，优选排出孔238形成于至少包括第一收纳孔H1与第二收纳孔H2之间的边界B的位置。

图5A至图5C是用于对图4B所示的台肩的具体结构进行说明的图，图5A表示侧视图，图5B表示仰视图，图5C表示俯视图。如图5A所示，台肩230一体地形成有上述的安装部232、缩径部233和突出部234，突出部234的下端面成为第一面234a。另外，在安装部232的被保持面232a形成有外螺纹，并且在安装部232的上端形成有与壳体主体212的抵接面217b抵接的定位面232b。

如图5B以及图5C所示，在台肩230以切除其一部分的方式形成有将收纳孔SH与台肩230的外部连通的排出孔238。此时，排出孔238可以形成为：使得工件W的一部分即塑性流动的剩余金属M沿着由于搅拌销220的旋转而产生的流动从第二收纳孔H2向台肩230的外部排出。

作为其一个例子，台肩230形成为：在搅拌销220的旋转方向R上包括排出孔238的内周面238a与所述第二收纳孔H2的内周面H2a连接的连接位置P1，排出孔238形成为包括连接位置P1处的第二收纳孔H2的内周的切线方向T1。由此，通过接合中的销主体224的旋转，能够将剩余金属M连续且顺畅地向外部排出。

另外，如图5B所示，缩径部233的外表面作为其一个例子而成为棱柱(在图5B的情况下为六棱柱)的形状。由此，在将台肩230的安装部232拧入壳体主体212的保持部217时容易捏住。

根据这种结构，本发明的实施例2的摩擦搅拌接合用工具200在实施例1中得到的效果的基础上，由于还将壳体210设为能够在壳体主体212的前端拆装自如地安装台肩230的结构，因此，例如在摩擦搅拌接合中始终与工件W接触的第一面234a因磨损等而损伤的情况下，能够仅将台肩230作为消耗品更换，因此能够降低作为摩擦搅拌接合用工具的运行成本。另外，由于无需更换壳体210整体，因此能够节省工具更换的工时。进而，相对于由接合条件决定的销主体224的形状，通过具有不同的第一收纳孔H1的孔径的壳体，能够调整剩余金属M向收纳孔SH的侵入量。

<实施例3>

接着，使用图6对本发明的实施例3的摩擦搅拌接合用工具的概要进行说明。另外，在以下的说明中，应用了实施例3的摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合装置除了包括拆装式的台肩的摩擦搅拌接合用工具以外的结构与实施例1的结构共同，因此此处省略重复的说明。

图6A以及图6B是表示本发明的实施例3的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，图6A表示使用时的工具前端的概要，图6B表示壳体主体与台肩的安装结构的概要。如图6A所示，本发明的实施例3的摩擦搅拌接合用工具300由安装于图1所示的主轴机架14的壳体310、和与旋转主轴16连结的搅拌销320构成。并且，壳体310将壳体主体312、与拆装自如地安装在壳体主体312的下端的台肩330分体构成，在将台肩330安装于壳体主体312的状态下，在其内侧形成有收纳孔SH，在收纳孔SH中旋转自如地收纳搅拌销320。

如图6B所示，在壳体310的壳体主体312形成有保持部317，该保持部317的下端敞开并且保持后述的台肩330。壳体主体312的保持部317包括：保持面317a，保持台肩330的被保持面332a；上方抵接面317b，供决定台肩330在旋转轴C方向上的位置的上方定位面332b抵接；以及侧方抵接面317c，供决定台肩330在旋转轴C的半径方向上的位置的侧方定位面332c抵接，保持面317a作为其一个例子形成有例如内螺纹。

另一方面，台肩330一体地形成有安装部332、缩径部333和突出部334，在该安装部332形成有被保持面332a、上方定位面332b和侧方定位面332c，该缩径部333从安装部332在高度方向上连续，该突出部334从缩径部333进一步朝向前端变细。并且，位于突出部334的端部的第一面334a作为进行摩擦搅拌接合时与工件接触的台肩面发挥功能。

另外，在台肩330的内部形成有构成壳体310的收纳孔SH的一部分的第二收纳孔H2，在突出部334形成有将第二收纳孔H2与外部连接的第一收纳孔H1。此处，与实施例1的情况同样，第一收纳孔H1以及第二收纳孔H2被设定为孔径比销主体324的外径大，第二收纳孔H2被设定为孔径比第一收纳孔H1的孔径大。

安装部332的外形成为与上述的壳体主体312的保持部317对应的形状的安装结构，作为其一个例子，安装部332的被保持面332a形成有例如外螺纹。另外，形成于安装部332的上端的上方定位面332b与壳体主体312的上方抵接面317b抵接，决定台肩330在旋转轴C方向上的位置。进而，形成于安装部332上部的侧面的侧方定位面332c与壳体主体312的侧方抵接面317c抵接，决定台肩330在旋转轴C的半径方向上的位置。

在本发明的实施例3的摩擦搅拌接合用工具300中，在台肩330形成有将收纳孔SH与台肩330的外部连通的排出孔338。此处，与实施例2的情况同样，优选排出孔338形成于至少包括第二收纳孔H2与第一收纳孔H1之间的边界B的位置。另外，排出孔338可以形成为：使得工件的一部分即塑性流动的剩余金属沿着由于搅拌销320的旋转而产生的流动从第二收纳孔H2向台肩330的外部排出。

根据这种结构，在本发明的实施例3的摩擦搅拌接合用工具300中，台肩330具有与壳体主体312的上方抵接面317b抵接的上方定位面332b以及与壳体主体312的侧方抵接面317c抵接的侧方定位面332c。因此，在实施例1以及2中得到的效果的基础上，通过将与壳体主体312的侧方抵接面317c抵接的侧方定位面332c设为嵌合结构，在将台肩330安装于壳体主体312时，将台肩330相对于壳体主体312在旋转轴C的方向以及旋转轴C的半径方向上准确地定位，即便在更换台肩330的情况下也能够在更换前后容易地保证大致相同的接合质量。

<实施例4>

接着，使用图7对本发明的实施例4的摩擦搅拌接合用工具的概要进行说明。另外，在以下的说明中，应用了实施例4的摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合装置除了包括拆装式的台肩的摩擦搅拌接合用工具以外的结构与实施例1的结构共同，因此此处省略重复的说明。

图7A以及图7B是表示本发明的实施例4的摩擦搅拌接合用工具的主要部分的具体特征的剖视图，图7A表示使用时的工具前端的概要，图7B表示壳体主体与台肩的安装结构的概要。如图7A所示，本发明的实施例4的摩擦搅拌接合用工具400由装配于图1所示的主轴机架14的壳体410、和与旋转主轴16连结的搅拌销420构成。

壳体410与实施例2以及3同样地将壳体主体412、与在壳体主体412的下端拆装自如地安装的台肩430分体构成，在将台肩430安装于壳体主体412的状态下，在其内侧形成有收纳孔SH，在该收纳孔SH中旋转自如地收纳搅拌销420。另外，如图7B所示，在壳体410的壳体主体412与实施例3同样地形成有保持部417，该保持部417的下端敞开并且在该保持部417的内表面保持台肩430。

另一方面，台肩430与实施例3同样地一体形成有安装于壳体主体412的安装部432、从安装部432朝向高度方向连续的缩径部433、和从缩径部433进一步朝向前端变细的突出部434，位于突出部434的端部的第一面434a作为进行摩擦搅拌接合时与工件接触的台肩面发挥功能。另外，在台肩430的内部形成有构成壳体410的收纳孔SH的一部分的第二收纳孔H2，在突出部434形成有与第二收纳孔H2连接且在第一面434a开口的第一收纳孔H1。

此处，与实施例1的情况同样，作为其一个例子，第一收纳孔H1以及第二收纳孔H2被设定为孔径比销主体424的外径大，第二收纳孔H2的孔径被设定为比第一收纳孔H1的孔径大。另外，在实施例4的摩擦搅拌接合用工具400中，在构成收纳孔SH的一部分的第二收纳孔H2的下端部形成有朝向与第一收纳孔H1的边界B平滑地缩径的曲面433a，即便剩余金属M侵入到收纳孔SH中也不会沉淀到第二收纳孔H2的下部。

在本发明的实施例4的摩擦搅拌接合用工具400中，也在台肩430形成有将收纳孔SH与台肩430的外部连通的排出孔438。此处，与实施例3的情况同样，优选将排出孔438形成于至少包括第一收纳孔H1与第二收纳孔H2之间的边界B的位置。另外，排出孔438可以形成为：使得工件的一部分即塑性流动的剩余金属M沿着由于搅拌销420的旋转而产生的流动从第二收纳孔H2向台肩430的外部排出。

根据这种结构，本发明的实施例4的摩擦搅拌接合用工具400在实施例1至3中得到的效果的基础上，由于在构成台肩430的收纳孔SH的一部分的第二收纳孔H2的下端形成有朝向与第一收纳孔H1的边界B平滑地缩径的曲面433a，因此，能够抑制通过销主体424与第一收纳孔H1之间的间隙G而侵入到内部的剩余金属M滞留在第二收纳孔H2的下部。

<实施例5>

图8是表示本发明的实施例5的摩擦搅拌接合用工具的使用时的工具前端的概要的剖视图。另外，在以下的说明中，应用了实施例5的摩擦搅拌接合用工具的摩擦搅拌接合装置除了包括拆装式的台肩的摩擦搅拌接合用工具以外的结构与实施例1的结构共同，因此此处省略重复的说明。

如图8所示，本发明的实施例5的摩擦搅拌接合用工具500由安装于图1所示的主轴机架14的壳体510、和与旋转主轴16连结的搅拌销520构成。并且，壳体510与实施例2以及3同样地将壳体主体512与拆装自如地安装于壳体主体512的下端的台肩530分体构成，在将台肩530安装于壳体主体512的状态下，在其内侧形成有收纳孔SH，在该收纳孔SH中旋转自如地收纳搅拌销520。

另外，在本发明的实施例5的摩擦搅拌接合用工具500中，在台肩530的内部形成有随着朝向下部而缩径的大致锥形的第二收纳孔H2。在台肩530形成有将第二收纳孔H2与台肩530的外部连通的排出孔538。此处，通常的摩擦搅拌接合用工具是第一面534a始终与工件W接触的结构，因此包括该第一面534a的台肩530由钢等金属材料形成。此时，多数情况下台肩530的外表面以及内表面的加工分别通过车削加工等机械加工进行，但是在图8所示的变形例的台肩530中，能够以较大地形成锥形的内表面的方式进行车削加工。

根据这种结构，在本发明的实施例5的摩擦搅拌接合用工具500中，在实施例1至4中的得到的效果的基础上，通过排出孔538从大致锥形的第二收纳孔H2连通到台肩530的外部，能够抑制侵入到第二收纳孔H2的剩余金属(参照图3的附图标记M)滞留在第二收纳孔H2的下部。另外，通过使台肩530的形状适于机械加工的形状，能够降低机械加工的工时，并且还能够实现台肩530自身的轻量化。

<实施例6>

接着，使用图9对本发明的实施例6的摩擦搅拌接合用工具的概要进行说明。另外，在以下的说明中，仅针对构成上与实施例1至5所示的摩擦搅拌接合用工具不同点进行说明，对于其他共同的结构使用与实施例2相同的附图标记进行说明并省略图示。

图9A至图9C是用于对应用于本发明的实施例6的摩擦搅拌接合用工具的台肩的具体结构进行说明的图，图9A表示侧视图，图9B表示仰视图，图9C表示俯视图。如图9A所示，实施例6中的台肩630与实施例3的情况同样地一体形成有安装部632、缩径部633和突出部634，位于突出部634的端部的第一面634a作为进行摩擦搅拌接合时与工件接触的台肩面发挥功能。另外，安装部632的被保持面632a形成有外螺纹，并且在上端部632的上端形成有与壳体主体212的抵接面217b抵接的定位面632b。

如图9B以及图9C所示，在台肩630，以切除其一部分的方式形成有将第二收纳孔H2与台肩630的外部连通的两个排出孔638、639。此时，排出孔638、639可以形成为：使得工件W的一部分即塑性流动的剩余金属(参照图3的附图标记M)沿着由于搅拌销220的旋转而产生的流动从收纳孔SH向台肩630的外部排出。

作为这样的排出孔的一个例子，与实施例2的情况同样，台肩630包括在搅拌销的旋转方向R上排出孔638的内周面638a与第二收纳孔H2的内周面H2a连接的连接位置P1。此时，排出孔638可以形成为包括连接位置P1处的第二收纳孔H2的内周的切线方向T1。

另外，台肩630包括在搅拌销的旋转方向R上排出孔639的内周面639a与第二收纳孔H2的内周面H2a连接的连接位置P2。此时，排出孔639可以形成为包括连接位置P2处的第二收纳孔H2的内周的切线方向T2。由此，通过接合中的搅拌销的旋转，将剩余金属从两个排出孔638、639连续且顺畅地向外部排出。

另外，优选两个排出孔638、639以在第二收纳孔H2的圆周方向上相互对置的位置、即相互成为等间隔的方式配置。由此，能够取得被切削的台肩630整体刚性的平衡，并且能够有效地执行剩余金属的排出。

根据这种结构，在本发明的实施例6的摩擦搅拌接合用工具中，在实施例1至5中得到的效果的基础上，由于在台肩630形成有多个排出孔638、639，因此能够进一步提高剩余金属的排出效率。并且，其结果是，能够进一步抑制搅拌销与剩余金属的过剩的摩擦发热，抑制搅拌销的强度降低、破损等。

以上，对本发明的代表性的实施例及与其相伴的变形例进行了说明，但是本发明并不限定于此，可以由本领域技术人员适当变更。即，只要是本领域技术人员，便能够在不脱离所附的权利要求的范围的情况下找到各种替代实施例和变形例。

例如，针对实施例1至6的摩擦搅拌接合用工具以及摩擦搅拌接合装置，例示了部件的连续接合中的使用，但是并不排除在这些的点接合中的使用。

例如，在实施例1至6中例示了形成于壳体的排出孔，但是，可以在壳体进一步设置承接从排出孔排出的剩余金属以免这些剩余金属落到工件上表面的结构。另外，在实施例1至6中例示了在进行摩擦搅拌接合时与工件接触的台肩面(第一面)，但是该台肩面不仅可以是平坦的形状，也可以是凹形状或凸形状，还可以在台肩面上形成十字槽、螺旋槽等。

另外，在上述实施例2至5中例示了壳体与台肩螺纹结合的情况，但是，也可以应用例如基于磁力、真空压力的吸附结构、基于爪部等的卡盘结构等其他安装结构。

在上述实施例6中例示了作为设置多个的排出孔形成有两个孔的情况，但是，考虑到台肩的整体的刚性和剩余金属的排出效率，也可以构成为形成有3个以上的排出孔。进而，在实施例6中例示了在实施例2至5所示的拆装自如的台肩形成有多个排出孔的情况，但是也可以将这样的多个排出孔形成于实施例1所示的壳体主体。

附图标记说明：

1：摩擦搅拌接合装置；10：主体部；12：主轴台；14：主轴机架；16：旋转主轴；18：主轴台进给装置；20：工件输送部；22：加工台；24：加工台进给装置；30：控制部；32：数值控制装置；34：接口；36：存储器；100、200、300、400、500：摩擦搅拌接合用工具；110、210、310、410、510：壳体；112、212、312、412、512：壳体主体；113：缩径部；114：突出部；114a：第一面；118、238、338、438、538、638、639：排出孔；120、220、320、420、520：搅拌销；122、222：销支架；124、224、324、424、524：销主体；124a、224a：搅拌部；217、317、417：保持部；230、330、430、530、630：台肩；232、332、432、632：安装部；233、333、433、633：缩径部；234、334、434、534：突出部；234a、334a、434a、534a、634a：第一面。

Claims (15)

1.一种摩擦搅拌接合用工具，其特征在于，具备：

搅拌销，具有旋转轴；以及

壳体，具有第一面，

所述壳体包括收纳孔，该收纳孔将所述搅拌销收纳为能够绕所述旋转轴相对地旋转，且在所述第一面开口，

所述搅拌销在沿着所述旋转轴的一端包括搅拌部，该搅拌部在所述搅拌销收纳于所述收纳孔的状态下从所述第一面突出并插入工件，

在所述壳体形成有排出孔，该排出孔将所述收纳孔与所述壳体的外部连通。

2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合用工具，其特征在于，

所述收纳孔包括沿着所述旋转轴相互连接的第一收纳孔和第二收纳孔，

所述第一收纳孔在所述第一面开口，

所述第二收纳孔的孔径比所述第一收纳孔的孔径大，

所述排出孔形成在包括所述第一收纳孔与所述第二收纳孔的边界的位置。

3.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合用工具，其特征在于，

所述壳体将具有所述第一面以及所述排出孔的台肩与壳体主体分体构成，

所述台肩包括安装于所述壳体主体的安装部，

所述所述壳体主体包括保持所述安装部的保持部。

4.根据权利要求3所述的摩擦搅拌接合用工具，其特征在于，

所述安装部包括确定将所述台肩安装于所述壳体主体时的位置的定位面，

所述保持部包括与所述定位面抵接的抵接面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的摩擦搅拌接合用工具，其特征在于，

所述排出孔形成为，使得侵入到所述壳体的内部的所述工件沿着由于所述搅拌销的旋转而产生的流动从所述收纳孔向所述壳体的外部排出。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的摩擦搅拌接合用工具，其特征在于，

所述排出孔形成有两个以上，以与所述收纳孔连接的位置相互成为等间隔的方式配置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的摩擦搅拌接合用工具，其特征在于，

在所述壳体中，至少在所述第一收纳孔的内表面覆盖有与所述工件的亲和性低的覆盖膜。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的摩擦搅拌接合用工具，其特征在于，

所述壳体的所述第一面构成与所述工件接触的台肩面。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的摩擦搅拌接合用工具，其特征在于，

所述搅拌销将具有所述搅拌部的销主体与销支架分体构成，

所述销主体相对于所述搅拌部在沿着所述旋转轴的相反侧安装于所述销支架。

10.一种摩擦搅拌接合装置，其特征在于，具备：

主轴台，包括旋转主轴；

摩擦搅拌接合用工具，安装于所述主轴台；

加工台，保持工件；以及

数值控制装置，对所述主轴台与所述加工台的相对动作进行控制，

所述摩擦搅拌接合用工具具备：搅拌销，具有旋转轴；以及壳体，具有第一面，

所述壳体包括收纳孔，该收纳孔将所述搅拌销收纳为能够绕所述旋转轴相对地旋转，且在所述第一面开口，

所述搅拌销在沿着所述旋转轴的一端包括搅拌部，该搅拌部在所述搅拌销收纳于所述收纳孔的状态下从所述第一面突出并插入所述工件，

在所述壳体形成有排出孔，该排出孔从所述收纳孔与所述壳体的外部连通。

11.根据权利要求10所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

所述摩擦搅拌接合用工具的所述收纳孔包括相互连接的第一收纳孔和第二收纳孔，

所述第一收纳孔在所述第一面开口且孔径比所述第二收纳孔的孔径小，

所述排出孔从包括所述第一收纳孔与所述第二收纳孔的边界的位置形成。

12.根据权利要求10或11所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

所述摩擦搅拌接合用工具的所述壳体将具有所述第一面以及所述排出孔的台肩与壳体主体分体构成，

所述台肩包括安装于所述壳体主体的安装部，

所述所述壳体主体包括保持所述安装部的保持部。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

所述摩擦搅拌接合用工具的所述搅拌销将具有所述搅拌部的销主体与销支架分体构成，

所述销主体相对于所述搅拌部在沿着所述旋转轴的相反侧安装于所述销支架。

14.根据权利要求10至13中任一项所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

所述摩擦搅拌接合用工具的所述壳体的所述第一面构成与所述工件接触的台肩面。

15.根据权利要求10至14中任一项所述的摩擦搅拌接合装置，其特征在于，

所述主轴台还具备气流供给机构，该气流供给机构向所述壳体的内部供给气流。

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