CN113751856B - 摩擦搅拌接合装置 - Google Patents

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Abstract

提供能够抑制被接合构件的摩擦搅拌接合时产生的切屑向搅拌头与肩构件之间的间隙侵入的摩擦搅拌接合装置。摩擦搅拌接合装置(10)具备搅拌头(26)、肩构件(18)、凹部(31)及环状构件(16)。搅拌头在多个被接合构件(21、22)的接合部(23)一边旋转一边按压。肩构件形成为在搅拌头的相对于旋转轴(28)的径向的外侧包围搅拌头。凹部形成于搅拌头的外周(26a)及肩构件(18)的内周(18a)中的至少任一方。环状构件嵌合于凹部。

Description

摩擦搅拌接合装置
技术领域
本发明涉及摩擦搅拌接合装置。
背景技术
作为摩擦搅拌接合装置，例如已知通过在被接合构件上使工具(以下称作搅拌头)一边旋转一边移动而利用在搅拌头与被接合构件之间产生的摩擦热来接合被接合构件的结构。在该结构中，例如在搅拌头的外周面沿着旋转轴方向形成槽部，搅拌头经由嵌合于槽部的滚珠而连结于套筒(以下称作肩构件)。因而，肩构件的旋转经由滚珠向搅拌头传递而使搅拌头旋转。另外，一边使肩构件及搅拌头旋转一边使滚珠滑动，使搅拌头在旋转轴的轴向上移动。而且，根据该结构，搅拌头由肩构件稳定地保持(例如参照日本国特开2013-121606号公报)。
另外，作为摩擦搅拌接合装置的结构，例如已知如下结构：在搅拌头的表面沿着旋转轴方向形成槽部，搅拌头经由嵌合于槽部的导杆而连结于肩构件。因而，搅拌头的旋转经由导杆向肩构件传递而使肩构件旋转。另外，一边使搅拌头及肩构件旋转一边使导杆滑动，使搅拌头在旋转轴的轴向上移动。而且，根据该结构，搅拌头由肩构件稳定地保持。(例如参照日本国特开2006-858号公报)。
发明内容
然而，日本国特开2013-121606号公报、日本国特开2006-858号公报的摩擦搅拌接合装置在搅拌头与肩构件之间形成有间隙(clearance)。因此，考虑在利用摩擦热接合被接合构件时产生的切屑(例如毛边等)侵入搅拌头与肩构件之间的间隙，这会对被接合构件的接合部的品质带来影响。
本发明的方案的目的在于提供能够抑制被接合构件的摩擦搅拌接合时产生的切屑向搅拌头与肩构件之间的间隙侵入的摩擦搅拌接合装置。
本发明的第一方案的摩擦搅拌接合装置具备：搅拌头，其在多个被接合构件的接合部一边旋转一边按压；肩构件，其在所述搅拌头的相对于旋转轴的径向的外侧包围所述搅拌头；凹部，其形成于所述搅拌头的外周及所述肩构件的内周中的至少任一方；以及环状构件，其嵌合于所述凹部。
根据该结构，在搅拌头的相对于旋转轴的径向的外侧以包围搅拌头的方式形成有肩构件。由此，例如在以旋转轴为中心旋转了搅拌头的状态下，能够利用肩构件稳定地保持搅拌头。
另外，在搅拌头的外周及肩构件的内周中的至少任一方形成凹部，并在凹部中嵌合有环状构件。因而，能够使环状构件的外侧部从凹部突出，并利用环状构件封堵搅拌头与肩构件之间的间隙。由此，能够利用环状构件来抑制在被接合构件的摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)侵入搅拌头与肩构件之间的间隙。因此，能够提高多个被接合构件由搅拌头进行摩擦搅拌接合的接合部的品质。
而且，通过使环状构件嵌合于凹部，能够将在摩擦搅拌接合时传递到搅拌头的热量经由环状构件向肩构件传递(散发)。由此，能够期待搅拌头的除热效果。
本发明的第二方案在上述第一方案的摩擦搅拌接合装置的基础上，也可以是，所述凹部以所述环状构件的内周端部中的至少一部分进入所述凹部的方式形成于所述搅拌头，在所述内周端部具有以随着从所述径向的内侧趋向外侧而接近所述接合部的方式倾斜的内侧锥部。
因而，在被接合构件的摩擦搅拌接合时产生的切屑侵入到凹部而能够使由切屑产生的压靠力作用于内侧锥部。由切屑产生的压靠力在内侧锥部处分为将内周端部朝向与接合部相反一侧按压的第一分力、以及将内周端部朝向径向的外侧按压的第二分力。
通过第一分力，能够使环状构件的内周端部与凹部(即搅拌头)密接。另外，通过第二分力，能够使环状构件的外周端部与肩构件密接。在此，在内侧锥部，除了作用第二分力之外，还通过侵入到凹部的切屑的离心力而作用向径向的外侧的力。因而，提高了环状构件的外周端部向肩构件的密接性。由此，能够利用环状构件封堵(填充)搅拌头与肩构件之间的间隙，能够利用环状构件更良好地抑制切屑侵入搅拌头与肩构件之间的间隙。
而且，通过使环状构件密接于搅拌头和肩构件，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头的热量经由环状构件向肩构件效率良好地传递。由此，能够利用环状构件提高搅拌头的除热效果。
本发明的第三方案在上述第一或第二方案的摩擦搅拌接合装置的基础上，也可以是，所述凹部以所述环状构件的内周端部中的至少一部分进入该凹部的方式形成于所述搅拌头，在所述环状构件的外周端部具有所述接合部侧突出的凸部，在所述凸部具有以随着从所述径向的内侧趋向外侧而接近所述接合部的方式倾斜的外侧锥部。
因而，能够利用外侧锥部将在被接合构件的摩擦搅拌接合时产生的切屑向径向的内侧(即环状构件的内周端部)引导。由此，能够使由切屑产生的压靠力效率良好地作用于内周端部的内侧锥部。由切屑产生的压靠力在内侧锥部处分为对内周端部朝向与接合部相反一侧按压的第一分力、以及对内周端部朝向径向的外侧按压的第二分力。
通过第一分力，能够使环状构件的内周端部与凹部(即搅拌头)效率良好地密接。另外，通过第二分力，能够使环状构件的外周端部与肩构件效率良好地密接。由此，能够利用环状构件封堵(填充)搅拌头与肩构件之间的间隙，能够利用环状构件更良好且效率良好地抑制切屑侵入搅拌头与肩构件之间的间隙。
而且，通过使环状构件效率良好地密接于搅拌头和肩构件，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头的热量经由环状构件向肩构件更加效率良好地传递。由此，能够利用环状构件进一步提高搅拌头的除热效果。
本发明的第四方案在上述第一至第三方案中任一方案的摩擦搅拌接合装置的基础上，也可以是，所述凹部形成于所述搅拌头，所述环状构件具有在所述旋转轴的周向上对置的一对端部，且在所述一对端部具有沿着所述周向延伸并在所述旋转轴的轴向上重叠的重叠部，所述一对端部的一方具有：第一接合部位，其形成所述轴向上所述重叠部中的位于所述接合部侧的部位；以及第一面部，其形成于所述第一接合部位中的所述周向的端部，所述一对端部的另一方具有：第二接合部位，其形成所述轴向上所述重叠部中的位于与所述接合部相反一侧的部位；以及第二面部，其与所述第一面部在周向上对置，所述第一面部及所述第二面部中的至少一方以随着趋向所述接合部而所述第一面部与所述第二面部的间隔在所述周向上扩宽的方式倾斜。
根据该结构，在搅拌头形成凹部，在凹部中嵌合环状构件。因而，环状构件的外侧部从凹部向径向的外侧突出，配置于搅拌头与肩构件之间的间隙。环状部具有第一接合部位与第二接合部位在轴向上重叠的重叠部。第一接合部位配置于重叠部中的在轴向上靠接合部侧。
因而，在被接合构件的摩擦搅拌接合时产生的切屑侵入到第一接合部位，从而能够对第一接合部位作用朝向与接合部相反一侧按压的压靠力。由此，能够将第一接合部位向第二接合部位按压而使重叠部密接。而且，能够利用切屑的压靠力使环状构件与凹部(即搅拌头)密接。
另外，一对端部的第一面部及第二面部中的至少一方以随着趋向接合部而各面部的间隔在周向上扩宽的方式倾斜。
因而，在被接合构件的摩擦搅拌接合时产生的切屑侵入到倾斜状的面部，从而能够对倾斜状的面部作用由切屑产生的压靠力。由切屑产生的压靠力在倾斜状的面部处分为朝向与接合部相反一侧按压的第一分力、以及以使第一面部与第二面部的间隔扩宽的方式按压的第二分力。即，通过第二分力，能够使环状构件扩径而与肩构件密接。
这样，能够利用切屑的压靠力使重叠部密接，并且使环状构件与凹部(即搅拌头)密接。除此以外，通过第二分力，能够使环状构件扩径而与肩构件密接。由此，能够利用环状构件封堵(填充)搅拌头与肩构件之间的间隙，能够利用环状构件抑制切屑侵入搅拌头与肩构件之间的间隙。
而且，通过使环状构件密接于搅拌头和肩构件，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头的热量经由环状构件向肩构件效率良好地传递。由此，能够利用环状构件来提高搅拌头的除热效果。
在此，例如，在使一对端部的第一面部倾斜的情况下，能够利用第一分力对第一面部朝向与接合部相反一侧压靠。因而，能够利用第一分力将第一接合部位按压于第二接合部位而使重叠部更加可靠地密接。由此，能够利用环状构件更加可靠地抑制切屑侵入搅拌头与肩构件之间的间隙。
本发明的第五方案在上述第一方案的摩擦搅拌接合装置的基础上，也可以是，所述凹部以所述环状构件的外周端部中的至少一部分进入该凹部的方式形成于所述肩构件，在所述外周端部具有随着从所述径向的外侧趋向内侧而向所述接合部倾斜的外侧锥部。
根据该结构，环状构件的外周端部进入凹部，在外周端部具有外侧锥部。外侧锥部形成为随着从径向的外侧趋向内侧而向接合部倾斜。
因而，在被接合构件的接合时产生的切屑侵入到凹部，从而能够使由切屑产生的压靠力作用于外侧锥部。由切屑产生的压靠力在外侧锥部被分为对外周端部朝向与接合部相反一侧按压的第一分力、以及对外周端部朝向径向的外侧按压的第二分力。
通过第一分力，能够使环状构件的外周端部与凹部(即肩构件)密接。另外，通过第二分力，能够使环状构件的内周端部与搅拌头密接。由此，能够利用环状构件封堵(填充)肩构件与搅拌头之间的间隙，能够利用环状构件来抑制切屑侵入肩构件与搅拌头之间的间隙。
而且，通过使环状构件密接于搅拌头和肩构件，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头的热量经由环状构件向肩构件效率良好地传递。由此，能够利用环状构件来提高搅拌头的除热效果。
本发明的第六方案在上述第一或第五方案的摩擦搅拌接合装置的基础上，也可以是，所述凹部以所述环状构件的外周端部中的至少一部分进入该凹部的方式形成于所述肩构件，在所述环状构件的内周端部具有向所述接合部侧突出的凸部，在所述凸部具有随着从所述径向的外侧趋向内侧而向所述接合部倾斜的内侧锥部。
根据该结构，在环状构件的内周端部具有凸部，在凸部具有内侧锥部。
内侧锥部形成为随着从径向的外侧趋向内侧而向接合部倾斜。
因而，能够利用内侧锥部将在被接合构件的接合时产生的切屑向径向的外侧(即环状构件的外周端部)引导。由此，能够使由切屑产生的压靠力效率良好地作用于外周端部的外侧锥部。
由切屑产生的压靠力在外侧锥部处被分为对外周端部朝向与接合部相反一侧按压的第一分力、以及对外周端部朝向径向的内侧按压的第二分力。
通过第一分力，能够使环状构件的外周端部与凹部(即肩构件)密接。另外，通过第二分力，能够使环状构件的内周端部与搅拌头密接。由此，能够利用环状构件来封堵(填充)搅拌头与肩构件之间的间隙，能够利用环状构件来抑制切屑侵入搅拌头与肩构件之间的间隙。
而且，通过使环状构件密接于肩构件和搅拌头，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头的热量经由环状构件向肩构件效率良好地传递。由此，能够利用环状构件来提高搅拌头的除热效果。
根据本发明的方案，能够抑制在被接合构件摩擦搅拌接合时产生的切屑侵入搅拌头与肩构件之间的间隙。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图2是将图1的II部放大的剖视图。
图3是表示第一实施方式的摩擦搅拌接合装置所具备的环状构件的立体图。
图4是说明利用第一实施方式的摩擦搅拌接合装置来进行摩擦搅拌接合的例子的剖视图。
图5是表示本发明的第二实施方式的环状构件的立体图。
图6是表示第二实施方式的具备环状构件的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图7是说明利用第二实施方式的摩擦搅拌接合装置来进行摩擦搅拌接合的例子的剖视图。
图8是表示本发明的第三实施方式的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图9是将图8的IX部放大的剖视图。
图10是说明利用第三实施方式的摩擦搅拌接合装置来进行摩擦搅拌接合的例子的剖视图。
图11是表示第四实施方式的具备环状构件的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图12是说明利用第四实施方式的摩擦搅拌接合装置来进行摩擦搅拌接合的例子的剖视图。
具体实施方式
以下，基于附图来说明本发明的实施方式的摩擦搅拌接合装置(FSW：FrictionStir Welding)。
(第一实施方式)
如图1所示，摩擦搅拌接合装置10具备支承用夹具12、摩擦搅拌接合用工具14、环状构件16、肩构件18及驱动机构(未图示)。
在支承用夹具12上，第一工件(被接合构件)21与第二工件(被接合构件)22以层叠的状态配置(载置)。需要说明的是，也可以在支承用夹具12中的供第一工件21配置的面的中央部(即与后述的搅拌头26相当的部位)12a，设置有中空圆筒体形状的凹部(未图示)。
作为第一工件21及第二工件22，例如使用JIS记号的数字为5000号段的、所谓的5000系的铝合金。
第一工件21与第二工件22在层叠于支承用夹具12的状态下，被摩擦搅拌接合用工具14在接合部23接合。
在第一实施方式中，说明将第一工件21与第二工件22这两张层叠而将接合部23摩擦搅拌接合的例子，但例如也可以将工件层叠3张以上而将接合部摩擦搅拌接合。另外，在第一实施方式中，说明将第一工件21与第二工件22这两张层叠而摩擦搅拌接合的例子，但也可以将第一工件21与第二工件22在对接的状态下摩擦搅拌接合。
而且，在第一实施方式中，作为一例，说明摩擦搅拌接合装置10设置为固定型的例子，但并不限定于此，例如也可以将摩擦搅拌接合装置10设置于在生产线中配设的多轴机器人的臂等。
摩擦搅拌接合用工具14具备轴部25和搅拌头26。轴部25形成为圆柱状，且与未图示的驱动机构连结。另外，在轴部25中的位于接合部23侧的前端，搅拌头26相对于轴部25的旋转轴28而设置于同轴上。
搅拌头26形成为比轴部25小径的圆柱状。搅拌头26例如由钢、不锈钢、铝合金、铜合金、镍合金、钨合金、钴合金、钛合金、超硬合金、陶瓷、耐热树脂等形成。
以下，有时将相对于旋转轴28的轴向仅简记为“轴向”。另外，有时将相对于搅拌头26的旋转轴28的径向仅简记为“径向”，将相对于搅拌头26的旋转轴28的周向仅简记为“周向”。
如图1、图2所示，在搅拌头26的外周面(外周)26a形成有槽部(凹部)31。槽部31在搅拌头26中的轴向的大致中央沿着搅拌头26的周向而形成为环状的凹部。需要说明的是，槽部31也可以形成于肩构件18的内周面18a中的在轴向上任意的位置。
具体而言，槽部31具有槽底面32、第一槽侧面33及第二槽侧面34。槽底面32相对于搅拌头26的外周面26a向径向的内侧隔开规定距离而沿着外周面26a在圆周上形成。第一槽侧面33从槽底面32中的在轴向上与接合部23(即第一工件21、第二工件22)相反一侧(远离接合部23的一侧)的周边到外周面26a而朝向径向的外侧呈环状形成。第二槽侧面34从槽底面32中的在轴向上接合部23的一侧(接近接合部23的一侧)的周边到外周面26a而朝向径向的外侧呈环状形成。
第一槽侧面33及第二槽侧面34形成为在轴向上隔开规定间隔而对置。即，槽部31通过槽底面32、第一槽侧面33及第二槽侧面34呈截面U字状形成。
如图1至图3所示，在槽部31嵌合有环状构件16。槽部31以环状构件16的内周端部35中的至少一部分进入该槽部31的方式形成。因而，环状构件16的突出部(外侧部)48从槽部31向径向的外侧突出，并配置在搅拌头26与肩构件18之间的间隙S中。需要说明的是，在突出部48中包含有外周端部36。利用环状构件16的突出部48，封堵搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
环状构件16形成为环状，并通过在径向上进行分割而形成有狭缝(分割部)38。狭缝38例如在侧视观察下形成为曲轴状。在第一实施方式中，说明将狭缝38形成为曲轴状的例子，但也可以将狭缝38形成为直线等其他形状。另外，在第一实施方式中，说明在环状构件16形成1个狭缝38的例子，但也可以在环状构件16形成多个狭缝38。
环状构件16例如由钢、不锈钢、铝合金、铜合金、镍合金、钨合金、钴合金、钛合金、超硬合金、陶瓷、耐热树脂等形成。
具体而言，环状构件16具有第一环状表面41、第二环状表面42、环状内周面43、环状外周面44、内侧锥部45及外侧锥部46。
第一环状表面41在轴向上形成于与接合部23相反一侧(第一槽侧面33侧)，并从环状内周面43到环状外周面44而朝向径向的外侧形成为环状。第二环状表面42在轴向上形成于接合部23侧(第二槽侧面34侧)，并从内侧锥部45到外侧锥部46而朝向径向的外侧形成为环状。
环状内周面43将第一环状表面41的内周边与内侧锥部45的内周边在轴向上连结，例如相对于槽底面32向径向的外侧隔开规定距离而沿着槽底面32在圆周上形成。环状外周面44将第一环状表面41的外周边与外侧锥部46的外周边附近在轴向上连结。环状外周面44例如相对于肩构件18的内周面18a(后述的)向径向的内侧隔开规定距离而在圆周上形成。
内侧锥部45形成于环状构件16的内周端部35中的位于接合部23侧的部位。具体而言，内侧锥部45是在轴向上从环状内周面43中的接合部23侧(接近接合部23的一侧)的周边到第二环状表面42的内周边，以随着从径向的内侧趋向外侧而接近接合部23的方式倾斜的面。
内侧锥部45及内周端部35在第一实施方式中整体嵌合(收容)于槽部31的内部。需要说明的是，内侧锥部45及内周端部35也可以局部嵌合于槽部31的内部。
在环状构件16的外周端部36具有向接合部23侧突出的凸部37。在凸部37形成有外侧锥部46。具体而言，外侧锥部46是从第二环状表面42的外周边到在轴向上环状外周面44中的位于接合部23侧(靠近接合部23的一侧)的周边，以随着从径向的内侧趋向外侧而接近接合部23的方式倾斜的面。
如图1所示，搅拌头26在径向的外侧被肩构件18在周向上包围外周面26a。肩构件18例如由钢、不锈钢、铝合金、铜合金、镍合金、钨合金、钴合金、钛合金、超硬合金、陶瓷、耐热树脂等形成。需要说明的是，搅拌头26、肩构件18、环状构件16也可以不是同一材料。
肩构件18例如是形成有在轴向上贯通的贯通孔51的圆筒状的构件。肩构件18具有内周面(内周)18a和台阶部52。内周面18a相对于搅拌头26的外周面26a向径向的外侧隔开规定间隔，在周向上沿着搅拌头26的外周面26a在圆周上形成。换言之，内周面18a在与搅拌头26的旋转轴28交叉的面上在外侧形成为包围搅拌头26。
即，在搅拌头26的外周面26a与肩构件18的内周面18a之间例如在径向上形成有略微的间隙S。在肩构件18的贯通孔51中，搅拌头26以能够沿着轴向移动的方式贯通。
台阶部52在肩构件18中的位于接合部23侧的端部18b，从内周面18a向径向的外侧伸出，并向与接合部23相反一侧凹陷地形成为环状。
肩构件18与轴部25同样地连结于未图示的驱动机构。驱动机构能够在肩构件18的贯通孔51中贯通有搅拌头26的状态下，使搅拌头26相对于肩构件18在轴向上移动。另外，驱动机构能够以旋转轴28为轴使搅拌头26在周向上旋转，并且使肩构件18追随搅拌头26的旋转而旋转。
另外，搅拌头26的外周面26a与肩构件18的内周面18a之间的间隙S被设定为在以旋转轴28为中心旋转了搅拌头26的状态下能够利用肩构件18稳定地保持搅拌头26。
接着，基于图1、图2、图4来说明抑制在利用第一实施方式的摩擦搅拌接合装置10进行摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如、毛边等)向搅拌头26与肩构件18之间的间隙S侵入的例子。
如图1所示，在层叠了第一工件21和第二工件22的状态下将接合部23配置于支承用夹具12。在该状态下，接合部23位于与搅拌头26及肩构件18对应的位置。另外，搅拌头26的端部26b相对于肩构件18的端部18b大致共面地配置。
接着，操作驱动机构而使搅拌头26及肩构件18下降，使肩构件18的端部18b相对于接合部23接近到规定距离，使搅拌头26及肩构件18沿着箭头A的方向伴随旋转轴28而旋转。接下来，使搅拌头26及肩构件18进一步朝向接合部23移动，例如使肩构件18的端部18b与接合部23滑动接触。接合部23被肩构件18的端部18b按压，接合部23通过摩擦热而软化。
接着，使搅拌头26的端部26b从肩构件18的端部18b向接合部23侧突出而在按压接合部23的状态下与接合部23滑动接触。在搅拌头26的端部26b所滑动接触的接合部23产生摩擦热。因而，接合部23软化而搅拌头26埋入接合部23。由此，在摩擦搅拌接合装置10的作用下，第二工件22及第一工件21在接合部23被摩擦搅拌接合。
在此，根据摩擦搅拌接合装置10，如图1、图2所示，在搅拌头26的槽部31嵌合有环状构件16的内周端部35。因而，环状构件16的突出部48从槽部31向径向的外侧突出，并配置于搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
由此，能够利用环状构件16来抑制在将第一工件21与第二工件22在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑侵入搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。因此，能够提高第一工件21和第二工件22的接合部23的摩擦搅拌接合的品质。
另外，通过使环状构件16的内周端部35嵌合于槽部31，能够使摩擦搅拌接合时传递到搅拌头26的热量经由环状构件16向肩构件18传递(散发)。由此，能够期待搅拌头26的除热效果。
而且，根据摩擦搅拌接合装置10，如图1、图4所示，内侧锥部45以进入槽部31的状态配置。内侧锥部45以随着从径向的内侧趋向外侧而接近接合部23的方式倾斜。因而，在将接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑如箭头B、箭头C那样侵入到槽部31，能够使由切屑产生的压靠力作用于内侧锥部45。
由切屑产生的压靠力在内侧锥部45处分为将环状构件16的内周端部35朝向与接合部23相反一侧按压的第一分力F1、以及将环状构件16的内周端部35朝向径向的外侧按压的第二分力F2。
因而，通过第一分力F1，能够使环状构件16的内周端部35与槽部31的第一槽侧面33(即搅拌头26)密接。另外，通过第二分力F2，能够使环状构件16扩径并使外周端部36与肩构件18的内周面18a密接。
而且，在内侧锥部45除了第二分力F2之外还通过侵入到槽部31的切屑的离心力而作用有向径向的外侧的力F3。因而，环状构件16的外周端部36向肩构件18的内周面18a的密接性提高。由此，能够利用环状构件16良好地封堵(填充)搅拌头26与肩构件18之间的间隙S，能够利用环状构件16更良好地抑制切屑侵入间隙S。
另外，将内侧锥部45配置成进入槽部31的状态，使环状构件16的外周端部36与肩构件18的内周面18a密接，由此能够使环状构件16密接于搅拌头26和肩构件18。因而，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头传递来的热量经由环状构件16向肩构件18效率良好地传递。由此，能够利用环状构件16来提高搅拌头26的除热效果。
除此之外还有，根据摩擦搅拌接合装置10，将内侧锥部45配置成进入槽部31的状态，而且在环状构件16的凸部37形成有外侧锥部46。
外侧锥部46以随着从径向的内侧趋向外侧而接近接合部23的方式倾斜。因而，能够利用外侧锥部46将在摩擦搅拌接合接合部23时产生的切屑向径向的内侧(即环状构件16的内周端部35侧)如箭头B那样效率良好地引导。由此，能够使由切屑产生的压靠力效率良好地作用于内周端部35的内侧锥部45。
由切屑产生的压靠力如前述那样在内侧锥部45处分为将内周端部35朝向与接合部23相反一侧按压的第一分力F1、以及将内周端部35朝向径向的外侧按压的第二分力F2。
因而，通过第一分力F1，能够使环状构件16的内周端部35与槽部31的第一槽侧面33(即搅拌头26)效率良好地密接。另外，通过第二分力F2，能够使环状构件16扩径而使外周端部36与肩构件18的内周面18a效率良好地密接。由此，能够利用环状构件16效率良好地封堵(填充)搅拌头26与肩构件18之间的间隙S，并且能够利用环状构件16更良好且效率良好地抑制切屑侵入间隙S。
另外，将内侧锥部45配置为进入槽部31的状态，而且在环状构件16的凸部37形成有外侧锥部46。因而，通过使环状构件16更加效率良好密接于搅拌头26和肩构件18，能够将在摩擦搅拌接合时传递到搅拌头26的热量经由环状构件16向肩构件18更加效率良好地传递。
由此，能够利用环状构件16进一步提高搅拌头26的除热效果。
需要说明的是，在第一实施方式中，说明了在环状构件16形成狭缝38并利用作用于内侧锥部45的第二分力F2使环状构件16扩径并使外周端部36与肩构件18的内周面18a密接的例子，但不限定于此。作为其他例子，例如也可以如第一例那样，使由切屑产生的按压力作用于环状构件16的内周面，使外周端部36与肩构件18的内周面18a密接。另外，也可以如第二例那样，通过摩擦热而使环状构件16膨胀，使外周端部36与肩构件18的内周面18a密接。在该情况下，也可以不需要环状构件16的狭缝38。
而且，也可以如第三例那样，通过切屑的作用而将环状构件16按压于槽部31的第一槽侧面33，并通过切屑的按压力而使环状构件16在轴向上压缩，由此使环状构件16的厚度缩小。由此，也可以通过使环状构件16向径向的外侧膨胀，从而使外周端部36与肩构件18的内周面18a密接。在该情况下，也可以不需要环状构件16的狭缝38。也可以除此之外还适用第一实施方式、第一例至第三例中的多个。
接着，参照图5至图9说明本发明的第二实施方式至第三实施方式的摩擦搅拌接合装置。需要说明的是，在第二实施方式及第三实施方式中，对于与第一实施方式的结构相同、类似的结构标注相同的附图标记，并省略其说明，关于不同的点进行说明。
(第二实施方式)
如图5、图6所示，摩擦搅拌接合装置60将第一实施方式的环状构件16替换为环状构件62，其他的结构与第一实施方式的摩擦搅拌接合装置10同样。
摩擦搅拌接合装置60在搅拌头26形成槽部31，并在槽部31嵌合有环状构件62的一部分。因而，环状构件62的突出部(外侧部)63从槽部31向径向的外侧突出，并配置于搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
环状构件62形成为环状，并通过在径向上分割而形成有狭缝(分割部)64。狭缝64例如在侧视观察下形成为大致曲轴状。在第二实施方式中，说明在环状构件62形成1个狭缝64的例子，但也可以在环状构件62形成多个狭缝64。
环状构件62通过形成狭缝64而作为一对端部具有在周向上对置的第一环状端部65及第二环状端部66。
第一环状端部65形成一对端部的一方，并具有第一狭缝面部71、第一接合部位72及第一扩径面部(第一面部)73。
第一狭缝面部71位于第一环状端部65中的在轴向上与接合部23(参照图1)相反一侧的位置，并在周向的端部沿着轴向配置。第一接合部位72位于第一环状端部65中的在轴向上比第一狭缝面部71靠接合部23侧的位置，并从第一狭缝面部71沿着周向突出地延伸。第一扩径面部73形成于第一接合部位72中的周向的端部。
第二环状端部66形成一对端部的另一方，并具有第二狭缝面部75、第二接合部位76及第二扩径面部(第二面部)77。
第二狭缝面部75位于第二环状端部66中的在轴向上与接合部23(参照图1)相反一侧的位置，并在周向上与第一狭缝面部71对置地沿着轴向配置。第二接合部位76在轴向上位于与接合部23相反一侧，并沿着第一接合部位72在周向上突出地延伸。在第二接合部位76的端部形成有第二狭缝面部75。第二扩径面部77在轴向上形成于第二接合部位76的接合部23侧，并配置于与第一扩径面部73在周向上对置的位置。
第一接合部位72及第二接合部位76分别沿着周向延伸，并在轴向上重叠地配置。由第一接合部位72及第二接合部位76形成重叠部68。
即，第一接合部位72形成轴向上重叠部68中的位于接合部23(参照图1)侧的部位，并沿着周向延伸。第二接合部位76形成轴向上重叠部68中的位于与接合部23相反一侧的部位，并沿着第一接合部位72在周向上延伸。
另外，第一扩径面部73在第一接合部位72的周向的端部，以随着从与接合部23相反一侧的部位72a趋向接合部23而与第二扩径面部77之间的间隔在周向上扩宽的方式呈锥形状倾斜。第二扩径面部77以随着从第二接合部位76中的接合部23侧的端部76a趋向接合部23而与第一扩径面部73之间的间隔在周向上扩宽的方式呈锥形状倾斜。即，第一扩径面部73及第二扩径面部77以形成随着趋向接合部23而在周向上扩宽的V字状的方式分别倾斜。
接着，基于图7来说明抑制在利用第二实施方式的摩擦搅拌接合装置60进行摩擦搅拌接合时产生的切屑侵入搅拌头26与肩构件18之间的间隙S的例子。
如图7所示，根据摩擦搅拌接合装置60，在搅拌头26的槽部31中嵌合环状构件62的一部分，环状构件62的突出部63(参照图6)配置于搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
因而，在摩擦搅拌接合装置60进行摩擦搅拌接合时产生的切屑能够如箭头D那样侵入到第一接合部位72，并使朝向与接合部23相反一侧按压的压靠力作用于第一接合部位72。由此，能够将第一接合部位72向第二接合部位76按压，使重叠部68在轴向上密接。而且，通过对环状构件62的整周作用的切屑的压靠力，能够使环状构件62与槽部31的第一槽侧面33(即搅拌头26)密接。
除此之外，第一扩径面部73及第二扩径面部77以随着趋向接合部23(参照图1)而在周向上扩宽的方式呈V字状倾斜。因而，在摩擦搅拌接合时产生的切屑能够如箭头E那样侵入到第一扩径面部73及第二扩径面部77，并使由切屑产生的压靠力作用于第一扩径面部73及第二扩径面部77。
由切屑产生的压靠力在第一扩径面部73被分为朝向与接合部23相反一侧按压的第一分力F4、以及以使第一扩径面部73及第二扩径面部77的间隔扩宽的方式按压的第二分力F5。
另外，由切屑产生的压靠力在第二扩径面部77上被分为朝向与接合部23相反一侧按压的第一分力F6、以及以使第一扩径面部73及第二扩径面部77的间隔扩宽的方式按压的第二分力F7。
即，通过第二分力F5、F7，能够使环状构件62扩径并使环状构件62的外周面62a与肩构件18的内周面18a密接。
这样，通过切屑的压靠力，能够使重叠部68密接，并且使环状构件62与槽部31(即搅拌头26)密接。除此之外，通过第二分力F5、F7，能够使环状构件62扩径而使外周面62a与肩构件18的内周面18a密接。由此，能够利用环状构件62来封堵(填充)搅拌头26与肩构件18之间的间隙S，能够利用环状构件62来抑制切屑侵入间隙S。
在此，通过使第一扩径面部73倾斜，能够在第一分力F4的作用下将第一扩径面部73朝向与接合部23(参照图1)相反一侧压靠。因而，能够利用第一分力F4将第一接合部位72向第二接合部位76按压，使重叠部68更加可靠地密接。
而且，通过使第一扩径面部73及第二扩径面部77倾斜，能够在第一分力F4的作用下将第一扩径面部73朝向与接合部23相反一侧压靠，并能够在第一分力F6的作用下将第二扩径面部77朝向与接合部23相反一侧压靠。因而，能够使环状构件62中的狭缝64的附近与槽部31的第一槽侧面33(即搅拌头26)密接。
由此，能够利用环状构件62更加可靠地抑制切屑侵入搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
而且，通过使环状构件62密接于搅拌头26和肩构件18，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头26的热量经由环状构件62向肩构件18效率良好地传递。由此，能够利用环状构件62提高搅拌头26的除热效果。
需要说明的是，在第二实施方式中，说明了使第一扩径面部73和第二扩径面部77这双方的面部倾斜成锥形状的例子，但并不限定于此。作为其他例子，也可以使第一扩径面部73及第二扩径面部77中的任一方倾斜成锥形状。
另外，也可以使第二实施方式的环状构件62的形状与第一实施方式的环状构件16的形状组合。即，也可以在第二实施方式的环状构件62的形状的基础上加上第一实施方式的环状构件16的内侧锥部45及外侧锥部46(双方，参照图2)。
由此，能够利用环状构件62更加可靠、且更加效率良好地抑制切屑侵入搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
而且，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头26的热量经由环状构件62向肩构件18更加可靠、且更加效率良好地传递，能够使搅拌头26的除热效果进一步提高。
(第三实施方式)
如图8、图9所示，摩擦搅拌接合装置100在肩构件18的内周面18a形成有槽部(凹部)102，并在槽部102中嵌合环状构件104，其他的结构与第一实施方式的摩擦搅拌接合装置10同样。
槽部102在肩构件18的内周面18a中的端部18b的附近沿着内周面18a的周向形成为环状的凹部。需要说明的是，槽部102也可以形成于肩构件18的内周面18a中的在轴向上任意的位置。具体而言，槽部102具有槽底面106、第一槽侧面107及第二槽侧面108。
槽底面106相对于肩构件18的内周面18a向径向的外侧隔开规定距离沿着内周面18a在圆周上形成。第一槽侧面107从槽底面106中的在轴向上与接合部23(即第一工件21、第二工件22)相反一侧(远离接合部23的一侧)的周边到内周面18a而朝向径向的内侧形成为环状。第二槽侧面108从槽底面106中的在轴向上接合部23侧(接近接合部23的一侧)的周边到内周面18a而朝向径向的内侧形成为环状。
第一槽侧面107及第二槽侧面108形成为在轴向上隔开规定间隔而对置。即，槽部102由槽底面106、第一槽侧面107及第二槽侧面108形成为截面U字状。
在槽部102嵌合有环状构件104。槽部102以环状构件104的外周端部112中的至少一部分进入该槽部102的方式形成。因而，环状构件104的突出部(内侧部)116从槽部102向径向的内侧突出，并配置于搅拌头26的外周面26a与肩构件18的内周面18a之间的间隙S。需要说明的是，在突出部116中包含有内周端部113。利用环状构件104的突出部116来封堵搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
环状构件104具有第一环状表面121、第二环状表面122、环状内周面123、环状外周面124、外侧锥部125及内侧锥部126。
第一环状表面121在轴向上形成于与接合部23相反一侧(第一槽侧面107侧)，并从环状内周面123到环状外周面124朝向径向的外侧而形成为环状。第二环状表面122在轴向上形成于接合部23侧(第二槽侧面108侧)，并从内侧锥部126到外侧锥部125而朝向径向的外侧形成为环状。
环状内周面123将第一环状表面121的内周边与内侧锥部126的内周边附近在轴向上连结。环状内周面123例如相对于搅拌头26的外周面26a向径向的外侧隔开规定距离而在圆周上形成。环状外周面124将第一环状表面121的外周边与外侧锥部125的外周边在轴向上连结。环状外周面124例如相对于槽底面106向径向的内侧隔开规定距离而沿着槽底面106在圆周上形成。
外侧锥部125形成于环状构件104的外周端部112中的接合部23侧的部位。具体而言，外侧锥部125是在轴向上从环状外周面124中的接合部23侧(接近接合部23的一侧)的周边到第二环状表面122的外周边，以随着从径向的外侧趋向内侧而接近接合部23的方式倾斜的面。
外侧锥部125及外周端部112在第三实施方式中整体嵌合(收容)于槽部102的内部。需要说明的是，外侧锥部125及外周端部112也可以局部嵌合于槽部102的内部。
在环状构件104的内周端部113具有向接合部23侧突出的凸部114。
在凸部114形成有内侧锥部126。具体而言，内侧锥部126是从第二环状表面122的内周边到在轴向上环状内周面123中的接合部23侧(接近接合部23的一侧)的周边，以随着从径向的外侧趋向内侧而接近接合部23的方式倾斜的面。
接着，基于图8至图10来说明抑制在利用第三实施方式的摩擦搅拌接合装置100进行摩擦搅拌接合时产生的切屑侵入搅拌头26与肩构件18之间的间隙S的例子。
根据摩擦搅拌接合装置100，如图8、图9所示，在肩构件18的内周面18a的槽部102嵌合有环状构件104的外周端部112。因而，环状构件104的突出部116从槽部102向径向的内侧突出，并配置于搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
由此，能够利用环状构件104来抑制在将第一工件21和第二工件22在接合部23摩擦搅拌接合时产生的切屑侵入搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。因此，能够提高第一工件21与第二工件22的接合部23的摩擦搅拌接合的品质。
另外，通过使环状构件104的外周端部112与槽部102嵌合，能够将在摩擦搅拌接合时传递到搅拌头26的热量经由环状构件104而向肩构件18传递(散发)。由此，能够期待搅拌头26的除热效果。
而且，根据摩擦搅拌接合装置100，如图8、图10所示，外侧锥部125以进入槽部102的状态配置。外侧锥部125以随着从径向的外侧趋向内侧而接近接合部23的方式倾斜。因而，在将接合部23摩擦搅拌接合时产生的切屑如箭头F、箭头G这样侵入到槽部102，能够使由切屑产生的压靠力作用于外侧锥部125。
由切屑产生的压靠力在外侧锥部125被分为将环状构件104的外周端部112朝向与接合部23相反一侧按压的第一分力F8、以及将环状构件16的外周端部112朝向径向的内侧按压的第二分力F9。
因而，通过第一分力F8，能够使环状构件104的外周端部112与槽部102的第一槽侧面107(即肩构件18)密接。另外，通过第二分力F9，能够使环状构件104缩径而使内周端部113与搅拌头26的外周面26a密接。
而且，在外侧锥部125除了作用第二分力F9之外还由侵入到槽部102的切屑的离心力作用向径向的内侧的力F10。因而，环状构件104的内周端部113向搅拌头26的外周面26a的密接性提高。由此，能够利用环状构件16良好地封堵(填充)搅拌头26与肩构件18之间的间隙S，并能够利用环状构件104更良好地抑制切屑侵入间隙S。
另外，通过使外侧锥部125配置为进入槽部102的状态，并使环状构件104的内周端部113与搅拌头26的外周面26a密接，能够使环状构件104密接于搅拌头26和肩构件18。因而，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头传递的热量经由环状构件104向肩构件18效率良好地传递。由此，能够利用环状构件104提高搅拌头26的除热效果。
除此之外，根据摩擦搅拌接合装置100，将外侧锥部125配置为进入槽部102的状态，而且在环状构件104的凸部114形成有内侧锥部126。内侧锥部126以随着从径向的外侧趋向内侧而接近接合部23的方式倾斜。因而，能够利用内侧锥部126将在对接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑向径向的外侧(即环状构件104的外周端部112侧)如箭头F那样效率良好地引导。由此，能够使由切屑产生的压靠力效率良好地作用于外周端部112的外侧锥部125。
由切屑产生的压靠力如前述那样，在外侧锥部125被分为将外周端部112朝向与接合部23相反一侧按压的第一分力F8、以及将外周端部112朝向径向的内侧按压的第二分力F9。
因而，通过第一分力F8，能够使环状构件104的外周端部112与槽部102的第一槽侧面107(即肩构件18)效率良好地密接。另外，通过第二分力F9，能够使环状构件104缩径而使内周端部113与搅拌头26的外周面26a效率良好地密接。由此，能够利用环状构件104效率良好地封堵(填充)搅拌头26与肩构件18之间的间隙S，能够利用环状构件104更良好且效率良好地抑制切屑侵入间隙S。
另外，将外侧锥部125以进入槽部102的状态配置，而且在环状构件104的凸部114形成有内侧锥部126。因而，通过环状构件104更加效率良好地密接于搅拌头26和肩构件18，能够将在摩擦搅拌接合时传递到搅拌头26的热量经由环状构件104向肩构件18更加效率良好地传递。由此，能够利用环状构件104进一步提高搅拌头26的除热效果。
需要说明的是，在第三实施方式中，说明了在环状构件104形成狭缝并利用作用于外侧锥部125的第二分力F9使环状构件104缩径，使内周端部113与搅拌头26的外周面26a密接的例子，但并不限定于此。作为其他例子，例如也可以如第一例那样，使由切屑产生的按压力作用于环状构件104的外周面，从而使内周端部113与搅拌头26的外周面26a密接。另外，也可以如第二例那样，通过摩擦热使环状构件16向径向的内侧膨胀，使外周端部36与搅拌头26的外周面26a密接。在该情况下，也可以不需要环状构件104的狭缝。
而且，也可以如第三例那样，通过在切屑的作用下将环状构件104向槽部102的第一槽侧面107按压，在切屑的按压力下将环状构件104沿轴向压缩，由此使环状构件104的厚度缩小。由此，也可以通过使环状构件104向径向内膨胀，使内周端部113与搅拌头26的外周面26a密接。在该情况下，也可以不需要环状构件104的狭缝。也可以除此之外还适用第三实施方式、第一例至第三例中的多个。
(第四实施方式)
如图11所示，摩擦搅拌接合装置140在肩构件18的内周面18a形成槽部102，在槽部102嵌合有环状构件142，其他的结构与第二实施方式的摩擦搅拌接合装置60同样。
环状构件142通过嵌合于肩构件18的槽部102，以外周端部143中的至少一部分进入该环状构件142的方式形成。因而，环状构件142的突出部(内侧部)144从槽部102向径向的内侧突出，并配置于搅拌头26的外周面26a与肩构件18的内周面18a之间的间隙S。需要说明的是，在突出部144包含有内周端部145。由环状构件142的突出部144封堵搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
环状构件142形成为环状，并通过在径向上分割而形成有狭缝(分割部)146。狭缝146例如在侧视观察下形成为大致曲轴状。在第四实施方式中，说明在环状构件142形成1个狭缝146的例子，但也可以在环状构件142形成多个狭缝146。
环状构件142通过形成狭缝146而作为一对端部具有在周向上对置的第一环状端部151及第二环状端部152。
第一环状端部151形成一对端部的一方，并具有第一接合部位154和第一扩径凹部155。
第一接合部位154位于第一环状端部151中的在轴向上接合部23(参照图1)侧，并沿着周向突出地延伸。第一扩径凹部155在周向上相对于第一接合部位154的基端154a而位于与第一接合部位154相反一侧，且在轴向上从接合部23侧向与接合部23相反一侧凹陷地形成为凹状。
第一扩径凹部155在周向上在第一接合部位154侧具有第一扩径面部(第一面部)156。第一扩径面部156以随着在周向上趋向第一接合部位154而接近接合部23的方式形成为锥形状。
第二环状端部152形成一对端部的另一方，并具有第二接合部位158和第二扩径凹部159。
第二接合部位158在轴向上位于与接合部23相反一侧，并沿着第一接合部位154在周向上突出地延伸。第二扩径凹部159在周向上相对于第二接合部位158的基端158a位于与第二接合部位158相反一侧、且在轴向上从接合部23侧向与接合部23相反一侧凹陷地形成为凹状。
第二扩径凹部159在周向上在第二接合部位158侧具有第二扩径面部(第二面部)161。第二扩径面部161以随着在周向上趋向第二接合部位158而接近接合部23的方式形成为锥形状。
第一接合部位154及第二接合部位158分别沿着周向延伸，并在轴向上重叠配置。由第一接合部位154及第二接合部位158形成重叠部153。
即，第一接合部位154形成轴向上重叠部153中的位于接合部23(参照图1)侧的部位，并沿着周向延伸。第二接合部位158形成轴向上重叠部153中的位于与接合部23相反一侧的部位，并沿着第一接合部位154在周向上延伸。
另外，第一扩径面部156及第二扩径面部161以随着趋向第一接合部位154而在周向上间隔变窄的方式倾斜。
接着，基于图12来说明抑制在利用第四实施方式的摩擦搅拌接合装置140进行摩擦搅拌接合时产生的切屑侵入搅拌头26与肩构件18之间的间隙S的例子。
如图12所示，在摩擦搅拌接合时产生的切屑如箭头H那样侵入到第一接合部位154，使朝向与接合部23相反一侧按压的压靠力作用于第一接合部位154。由此，能够将第一接合部位154向第二接合部位158按压，使重叠部153在轴向上密接。而且，通过对环状构件142的整周作用的切屑的压靠力能够使环状构件142与槽部102的第一槽侧面107(即肩构件18)密接。
除此之外，在摩擦搅拌接合时产生的切屑如箭头I那样侵入到第一扩径面部156及第二扩径面部161，能够使由切屑产生的压靠力作用于第一扩径面部156及第二扩径面部161。由切屑产生的压靠力在第一扩径面部156及第二扩径面部161被分为朝向与接合部23相反一侧按压的第一分力F11、以及以第一扩径面部156及第二扩径面部161的间隔变窄的方式按压的第二分力F12。
即，能够通过第二分力F12使环状构件142缩径而使环状构件142的内周端部145(具体而言，内周端部145的内周面145a)与搅拌头26的外周面26a密接。由此，能够利用环状构件142来封堵(填充)搅拌头26与肩构件18之间的间隙S，能够利用环状构件62来抑制切屑侵入间隙S。
在此，能够利用第一分力F11将第一扩径面部156朝向与接合部23(参照图1)相反一侧压靠。因而，能够利用第一分力F11将第一接合部位154向第二接合部位158按压，使重叠部153更加可靠地密接。
而且，能够利用第一分力F11将第一扩径面部156及第二扩径面部161朝向与接合部23相反一侧压靠。因而，能够使环状构件142中的狭缝146的附近与槽部102的第一槽侧面107(即肩构件18)密接。
由此，能够利用环状构件142更加可靠地抑制切屑侵入搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
而且，通过使环状构件142密接于搅拌头26和肩构件18，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头26的热量经由环状构件142向肩构件18效率良好地传递。由此，能够通过环状构件62提高搅拌头26的除热效果。
在第四实施方式中，说明了使第一扩径面部156和第二扩径面部161这双方的面部倾斜成锥形状的例子，但并不限定于此。作为其他例子，也可以使第一扩径面部156及第二扩径面部161中的任一方倾斜成锥形状。
另外，也可以使第四实施方式的环状构件142的形状组合第三实施方式的环状构件104的形状。即，也可以在第四实施方式的环状构件142的形状的基础上加上第三实施方式的环状构件104的外侧锥部125及内侧锥部126(双方，参照图9)。由此，能够利用环状构件62更加可靠且更加效率良好地抑制切屑侵入搅拌头26与肩构件18之间的间隙S。
而且，能够将在摩擦搅拌接合时搅拌头26的热量经由环状构件142向肩构件18更加可靠且更加效率良好地传递，能够进一步提高搅拌头26的除热效果。
需要说明的是，本发明的技术范围并不限定于所述实施方式，在不脱离本发明的主旨的范围内能够施加各种变更。
例如，说明了在所述第一实施方式的摩擦搅拌接合装置10中使环状构件16与搅拌头26的槽部31嵌合、在第三实施方式的摩擦搅拌接合装置100中使环状构件104与肩构件18的槽部102嵌合的例子，但并不限定于此。作为其他例子，也可以在搅拌头26及肩构件18这双方形成槽部，并在各个槽部中分别嵌合环状构件。
在该情况下，也可以将嵌合于搅拌头26的槽部的环状构件相对于嵌合于肩构件18的槽部的环状构件配置于接合部23侧。或者，也可以将嵌合于肩构件18的槽部的环状构件相对于嵌合于搅拌头26的槽部的环状构件配置于接合部23侧。通过将嵌合于肩构件18的槽部的环状构件配置于接合部23侧，能够使嵌合于肩构件18的槽部的环状构件接近搅拌头26的端部26b侧，能够在搅拌头26的端部(前端部)26b侧抑制切屑的侵入。
另外，与上述的使第一实施方式与第三实施方式组合的结构同样地，也可以使第二实施方式与第四实施方式组合。
除此之外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当地将所述实施方式中的构成要素置换为周知的构成要素，另外，也可以使所述的变形例适当组合。

Claims (5)

1.一种摩擦搅拌接合装置，其中，
所述摩擦搅拌接合装置具备：
搅拌头，其在多个被接合构件的接合部一边旋转一边按压；
肩构件，其在所述搅拌头的相对于旋转轴的径向的外侧包围所述搅拌头；
凹部，其沿着所述旋转轴的周向呈环状地形成于所述搅拌头的外周及所述肩构件的内周中的至少任一方；以及
环状构件，其嵌合到所述凹部中，
所述环状构件具备：
环状内周面，其相对于所述凹部的槽底面向径向外侧隔开规定距离而在圆周上形成；以及
环状外周面，其相对于所述肩构件的内周面向径向内侧隔开规定距离而在圆周上形成，
所述凹部以所述环状构件的内周端部中的至少一部分进入该凹部的方式形成于所述搅拌头，
在所述内周端部具有以随着从所述径向的内侧趋向外侧而接近所述接合部的方式倾斜的内侧锥部，
在所述环状构件的外周端部具有向所述接合部侧突出的凸部，
在所述凸部具有以随着从所述径向的内侧趋向外侧而接近所述接合部的方式倾斜的外侧锥部，
所述环状构件具有形成于所述接合部侧并从所述内侧锥部到所述外侧锥部而朝向径向的外侧形成为环状的第二环状表面。
2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其中，
所述凹部形成于所述搅拌头，
所述环状构件具有在所述旋转轴的周向上对置的一对端部，且在所述一对端部具有沿着所述周向延伸并在所述旋转轴的轴向上重叠的重叠部，
所述一对端部的一方具有：第一接合部位，其形成所述轴向上所述重叠部中的位于所述接合部侧的部位；以及第一面部，其形成于所述第一接合部位中的所述周向的端部，
所述一对端部的另一方具有：第二接合部位，其形成所述轴向上所述重叠部中的与所述接合部相反一侧的部位；以及第二面部，其与所述第一面部在周向上对置，
所述第一面部及所述第二面部中的至少一方以随着趋向所述接合部而所述第一面部与所述第二面部的间隔在所述周向上扩宽的方式倾斜。
3.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其中，
所述凹部形成于所述搅拌头，
所述环状构件具有在所述旋转轴的周向上对置的一对端部，且在所述一对端部具有沿着所述周向延伸并在所述旋转轴的轴向上重叠的重叠部，
所述一对端部的一方具有形成所述轴向上所述重叠部中的位于所述接合部侧的部位的第一接合部位、以及形成于所述第一接合部位中的所述周向的端部的第一面部，
所述一对端部的另一方具有形成所述轴向上所述重叠部中的与所述接合部相反一侧的部位的第二接合部位、以及与所述第一面部在周向上对置的第二面部，
所述第一面部及所述第二面部中的至少一方以随着趋向所述接合部而所述第一面部与所述第二面部的间隔在所述周向上扩宽的方式倾斜。
4.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其中，
所述凹部以所述环状构件的外周端部中的至少一部分进入该凹部的方式形成于所述肩构件，
在所述外周端部具有随着从所述径向的外侧趋向内侧而向所述接合部倾斜的外侧锥部。
5.根据权利要求1或4所述的摩擦搅拌接合装置，其中，
所述凹部以所述环状构件的外周端部中的至少一部分进入该凹部的方式形成于所述肩构件，
在所述环状构件的内周端部具有向所述接合部侧突出的凸部，
在所述凸部具有随着从所述径向的外侧趋向内侧而向所述接合部倾斜的内侧锥部。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220143739A1 (en) * 2019-03-01 2022-05-12 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Friction stir spot welding apparatus, welded workpiece subjected to friction stir spot welding, and shoulder

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1768224A (zh) * 2003-04-02 2006-05-03 株式会社理研 密封环
CN101472723A (zh) * 2006-06-15 2009-07-01 纳幕尔杜邦公司 压塑开口环的方法
JP2014138957A (ja) * 2014-03-24 2014-07-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 摩擦攪拌接合方法
CN104067034A (zh) * 2011-12-30 2014-09-24 Fpt工业股份公司 内燃发动机的活塞的密封装置
CN107378227A (zh) * 2016-05-17 2017-11-24 本田技研工业株式会社 金属复合材料及金属接合方法
CN109202266A (zh) * 2017-09-29 2019-01-15 中国航空制造技术研究院 一种有利于排出渗料的静轴肩搅拌摩擦焊工具
CN209354662U (zh) * 2018-11-19 2019-09-06 臣庭贸易有限公司 迷宫环
CN110280886A (zh) * 2018-03-19 2019-09-27 普锐特冶金技术日本有限公司 摩擦搅拌接合装置用熨平板、摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1753154A (en) * 1927-02-24 1930-04-01 Martin L Martus Headless set screw
CN1421295A (zh) * 2001-11-27 2003-06-04 川崎重工业株式会社 磨擦搅拌焊接的旋转工具及磨擦搅拌焊接方法和装置
JP2006000858A (ja) 2004-06-15 2006-01-05 Honda Motor Co Ltd 摩擦撹拌接合方法及びその装置
US7357292B2 (en) * 2005-02-01 2008-04-15 Battelle Energy Alliance, Llc Friction stir welding tool
US20060169741A1 (en) * 2005-02-01 2006-08-03 Friction Stir Link, Inc. Self-clamping device for friction stir spot welding
JP2007029979A (ja) 2005-07-26 2007-02-08 Sumitomo Light Metal Ind Ltd 摩擦撹拌点接合用複動式回転工具
US7581665B2 (en) 2006-01-04 2009-09-01 The Boeing Company Methods and apparatus for retractable pin friction stir welding and spot welding
US20070295781A1 (en) * 2006-06-22 2007-12-27 Hitachi, Ltd Tool Assembly Used With Friction Stir Welding
JP5214281B2 (ja) * 2008-03-06 2013-06-19 本田技研工業株式会社 燃料電池スタック及び燃料電池スタック用ターミナルの製造方法
JP5362451B2 (ja) * 2009-06-11 2013-12-11 オーエスジー株式会社 加工ヘッド交換式回転工具、ホルダー、および加工ヘッド
SE533853C2 (sv) * 2009-06-23 2011-02-08 Sandvik Intellectual Property Borrverktyg för spånavskiljande bearbetning samt löstopp härför
CN103764333B (zh) * 2011-08-21 2016-05-04 本田技研工业株式会社 摩擦搅拌接合用工具
JP2013121606A (ja) 2011-12-12 2013-06-20 Hitachi Ltd ボビン型摩擦攪拌工具と、それを用いた装置
JP6251514B2 (ja) * 2013-08-21 2017-12-20 株式会社フルヤ金属 摩擦攪拌接合用ツール
DE102014001050A1 (de) * 2014-01-28 2015-07-30 Grenzebach Maschinenbau Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Rührreibschweißen bei Materialien unterschiedlicher Dicke und bei Kehlnähten
US20160008918A1 (en) * 2014-07-11 2016-01-14 Dwight A. Burford Controlled speed friction stir tool probe bodies having non-linear, continuous, monotonically-decreasing curved axial profiles and integrated surface features
US10105791B2 (en) 2015-01-27 2018-10-23 The Boeing Company Pin tool assemblies for friction stir welding and apparatus and methods including the same
US10589375B2 (en) * 2015-06-02 2020-03-17 Honda Motor Co., Ltd. Friction stir weld tool and method
US10799980B2 (en) * 2016-10-06 2020-10-13 Mazak Corporation Compressible friction stir welding tool for conventional machining equipment
CN111315527B (zh) * 2018-03-26 2021-05-07 山崎马扎克公司 摩擦搅拌接合用工具以及摩擦搅拌接合装置
US10456858B2 (en) * 2018-03-30 2019-10-29 Esab Ab Welding head for friction stir welding
JP6887412B2 (ja) 2018-12-07 2021-06-16 ヤマザキマザック株式会社 摩擦攪拌接合用工具及び摩擦攪拌接合装置
US11260468B2 (en) * 2019-07-12 2022-03-01 University Of North Texas Removable scribe friction stir welding (FSW) tool
US11534855B2 (en) * 2019-10-24 2022-12-27 Mazak Corporation Friction stir processing tip, apparatus, and method
US11331747B1 (en) * 2019-11-20 2022-05-17 United States Of America As Represented By The Administrator Of Nasa Self-reacting friction stir welding tool
JP7432453B2 (ja) * 2020-06-26 2024-02-16 本田技研工業株式会社 摩擦撹拌接合装置及び摩擦撹拌接合方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1768224A (zh) * 2003-04-02 2006-05-03 株式会社理研 密封环
CN101472723A (zh) * 2006-06-15 2009-07-01 纳幕尔杜邦公司 压塑开口环的方法
CN104067034A (zh) * 2011-12-30 2014-09-24 Fpt工业股份公司 内燃发动机的活塞的密封装置
JP2014138957A (ja) * 2014-03-24 2014-07-31 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 摩擦攪拌接合方法
CN107378227A (zh) * 2016-05-17 2017-11-24 本田技研工业株式会社 金属复合材料及金属接合方法
CN109202266A (zh) * 2017-09-29 2019-01-15 中国航空制造技术研究院 一种有利于排出渗料的静轴肩搅拌摩擦焊工具
CN110280886A (zh) * 2018-03-19 2019-09-27 普锐特冶金技术日本有限公司 摩擦搅拌接合装置用熨平板、摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法
CN209354662U (zh) * 2018-11-19 2019-09-06 臣庭贸易有限公司 迷宫环

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US11679446B2 (en) 2023-06-20
CN113751856A (zh) 2021-12-07
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