CN113843496B - 摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法 Download PDF

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Abstract

提供能够抑制在被接合构件的接合时产生的切屑进入搅拌头与肩构件之间的间隙的摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法。摩擦搅拌接合装置(10)具备搅拌头(26)、肩构件(14)、多个气室(15、16)、连通部(17)。搅拌头一边旋转一边按压多个被接合构件(21、22)的接合部(23)。肩构件形成为包围搅拌头。多个气室形成于搅拌头的外表面与肩构件的内表面之间。连通部将多个气室连通，在该连通部相对于多个气室而搅拌头与肩构件之间的距离形成得小。

Description

摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法
技术领域
本发明涉及摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法。
背景技术
作为摩擦搅拌接合装置，例如已知有在被接合构件上使焊接销(以下称作搅拌头)一边旋转一边移动，由此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。该结构中，例如在搅拌头与焊接-平滑化靴(以下称作肩构件)之间形成有间隙，与间隙连通的流入槽形成于肩构件。根据该结构，在利用摩擦热对被接合构件进行摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)进入间隙，进入的切屑通过上部区域的提升动作而经由流入槽向外部导出(例如参照日本国特表2019-516555号公报)。
发明内容
然而，考虑到如下情况：日本国特表2019-516555号公报的摩擦搅拌接合装置中，关于在进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头与肩构件之间的间隙而从流入槽向外部导出，会给接合部的品质造成影响。
本发明的方案的目的在于，提供能够抑制在被接合构件的接合时产生的切屑进入搅拌头与肩构件之间的间隙的摩擦搅拌接合装置及摩擦搅拌接合方法。
本发明的第一方案的摩擦搅拌接合装置具备：搅拌头，其在层叠的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而言的径向的外侧包围所述搅拌头；多个气室，它们形成于所述搅拌头的外表面与所述肩构件的内表面之间；连通部，其将所述多个气室连通，在该连通部相对于所述多个气室而所述搅拌头与所述肩构件之间的距离形成得小。
根据该结构，在搅拌头的外表面与肩构件的内表面之间形成多个气室，多个气室由连通部连通。因而，在被接合构件的摩擦搅拌接合时产生的切屑进入多个气室中的接合部侧的气室。进入的切屑经由连通部而进入下一气室。
在此，相对于气室，连通部中的搅拌头与肩构件之间的距离形成为较小。通过进入到连通部中的切屑从连通部进入气室，从而切屑因压力损失而压力降低。利用多个气室和连通部使该状态反复，由此能够充分抑制切屑的流动。由此，能够抑制在被接合构件的摩擦搅拌接合时产生的切屑进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通过搅拌头进行摩擦搅拌接合的接合部的品质。
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，所述搅拌头的外表面及所述肩构件的内表面在所述旋转轴的轴向上从所述被接合构件侧朝向与所述被接合构件相反一侧而断续地扩径，由所述搅拌头的扩径的部位和所述肩构件的扩径的部位形成所述多个气室。
根据该结构，搅拌头的外表面及肩构件的内表面在旋转轴的方向上从被接合构件侧朝向与被接合构件相反一侧而分别断续地扩径。搅拌头的呈凸状扩径的部位(以下称作凸扩径部)具有凸外周面和凸端面。而且，肩构件的扩径的部位(以下称作凹扩径部)具有凹内周面和凹端面。例如，由凸外周面、凸端面、凹内周面及凹端面形成气室。因而，通过搅拌头的外表面和肩构件的内表面断续地扩径，形成多个气室。另外，例如，由凸外周面和凹内周面形成连通部。由此，由多个气室和多个连通部形成所谓的迷宫构造。
因而，在被接合构件的接合时产生的切屑进入多个气室中的接合部侧的气室并蓄积。蓄积的切屑经由连通部而进入下一气室。
在此，连通部与气室相比搅拌头与肩构件之间的距离形成为较窄。因而，通过切屑从连通部进入气室，切屑因压力损失而压力降低。
而且，凸端面形成气室中的与接合部对置的面。因而，在被接合构件的接合时产生的切屑进入气室并碰触凸端面，能够利用基于凸端面的阻力来抑制切屑的流动。
通过利用多个气室和连通部使该状态反复，能够利用多个连结部及多个凸端面来充分抑制切屑的流动。由此，能够抑制在被接合构件的接合时产生的切屑进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通过搅拌头进行接合的接合部的品质。
另外，通过对搅拌头和肩构件在轴向上调整相对位置，能够在轴向上调整凸端面与凹端面之间的间隔。由此，能够调整多个气室的容积，例如能够适用于多种被接合构件的接合。
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，所述搅拌头的端部与所述肩构件的端部之间的距离小于所述多个气室中的最靠所述接合部侧的气室中的所述搅拌头的外表面与所述肩构件的内表面之间的距离。
根据该结构，使搅拌头的端部与肩构件的端部之间的距离比多个气室中的最靠接合部侧的气室中的搅拌头的外表面与肩构件的内表面之间的距离小。因而，能够利用搅拌头的端部与肩构件的端部之间隙来抑制被接合构件的接合时产生的切屑进入最靠接合部侧的气室。由此，能够更良好地抑制被接合构件的接合时产生的切屑进入搅拌头与肩构件之间的间隙。
本发明的第四方案的摩擦搅拌接合方法是由上述第一至第三方案中任一项所述的摩擦搅拌接合装置进行的摩擦搅拌接合方法，所述搅拌头的转速被控制为与所述肩构件的转速不同。
在此，考虑到由于搅拌头的转速与肩构件的转速不同，因搅拌头与肩构件的摩擦而发热。因而，考虑到在被接合构件的接合时产生的切屑进入到搅拌头与肩构件之间的间隙的情况下，切屑的流动性升高。因此，考虑到切屑容易浸入搅拌头与肩构件之间的间隙，这会给接合部的品质带来影响。
于是，控制上述第一至第三方案中任一项所述的摩擦搅拌装置而利用搅拌头来接合层叠的多个被接合构件的接合部。由此，即便对于因摩擦热而流动性升高了的切屑，也能够抑制该切屑进入搅拌头与肩构件之间的间隙。由此，例如，在利用摩擦搅拌装置将多个被接合构件在接合部进行接合时，即便控制为搅拌头的转速与肩构件的转速不同而利用搅拌头将多个被接合构件在接合部接合的情况下，也能够提高接合部的品质。
根据本发明的方案，能够抑制在被接合构件的接合时产生的切屑进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是表示本发明的第二实施方式的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图4是将图3的IV部放大的剖视图。
图5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6是将图5的VI部放大的剖视图。
图7是表示本发明的第四实施方式的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图8是将图7的VIII部放大的剖视图。
图9是表示本发明的第五实施方式的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图10是将图9的X部放大的剖视图。
图11是表示本发明的第六实施方式的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图12是将图11的XII部放大的剖视图。
图13是表示本发明的第七实施方式的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图14是将图13的XIV部放大的剖视图。
图15是表示本发明的第八实施方式的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图16是将图15的XVI部放大的剖视图。
图17是表示本发明的第九实施方式的摩擦搅拌接合装置的剖视图。
图18是将图17的XIIIV部放大的剖视图。
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)及摩擦搅拌接合方法。
(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13；肩构件14；第一气室部15及第二气室部16(多个气室)；连通部17；第一通路部18、第二通路部19；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相适的部位)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13在接合部23接合。
在第一实施方式中，说明将第一工件21和第二工件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，说明将摩擦搅拌接合装置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13具备搅拌头轴部25和搅拌头26。搅拌头轴部25形成为圆柱状，且与未图示的驱动机构连结。另外，在搅拌头轴部25中的位于接合部23侧的前端，搅拌头26相对于搅拌头轴部25的旋转轴28而同轴设置。
搅拌头26形成为比搅拌头轴部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”。
在径向的外侧，搅拌头26的外周面(外周)26a被肩构件14沿着周向包围。肩构件14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14也可以不是同一材料。
如图1、图2所示，肩构件14例如是形成有沿着轴向贯通的贯通孔31的圆筒状的构件。肩构件14具有：内周面(内表面)14a；台阶部33；倾斜台阶部34；第一槽部36及第二槽部37(多个槽部)。
内周面14a相对于搅拌头26的外周面26a在径向的外侧隔开规定间隔，且在周向上沿着搅拌头26的外周面26a形成在圆周上。换言之，内周面14a形成为在与搅拌头26的旋转轴28交叉的面上于外侧处包围搅拌头26。
即，在搅拌头26的外周面26a与肩构件14的内周面14a之间，例如在径向上形成有略微的间隙S。在肩构件14的贯通孔31中，搅拌头26以能够沿着轴向移动的方式贯通。
台阶部33在肩构件14中的位于接合部23侧的端部14b处，例如形成为从内周面14a向径向的外侧伸出且向与接合部23相反一侧凹陷的环状。
倾斜台阶部34在肩构件14中的与接合部23相反一侧的端部14c处，例如从内周面14a以位于径向的外侧且远离接合部23的方式呈倾斜状伸出、并且向接合部23侧凹陷地形成为圆台状。
在肩构件14的内周面14a，作为多个槽部，例如形成有第一槽部36和第二槽部37。第一槽部36相对于第二槽部37在接近接合部23的一侧沿着轴向隔开间隔而形成。第一槽部36具有槽底面41、第一槽侧面42、第二槽侧面43。在第一实施方式中，作为多个槽部而例示第一槽部36及第二槽部37这两个槽部，但槽部的数量也可以任意选择。
槽底面41相对于肩构件14的内周面14a在径向的外侧隔开规定距离而沿着内周面14a形成在圆周上。第一槽侧面42从槽底面41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14a而朝向径向的内侧呈环状形成。第二槽侧面43从槽底面41中的在轴向上存在接合部23的一侧(接近接合部23的一侧)的周边到内周面14a而朝向径向的内侧呈环状形成。
第一槽侧面42及第二槽侧面43形成为在轴向上隔开规定间隔而对置。即，第一槽部36通过槽底面41、第一槽侧面42及第二槽侧面43以从内周面14a向径向的外侧凹陷的方式形成为截面U字状。
第二槽部37相对于第一槽部36在远离接合部23的一侧沿着轴向隔开间隔而形成。第二槽部37与第一槽部36同样地，通过槽底面45、第一槽侧面46及第二槽侧面47以从内周面14a向径向的外侧凹陷的方式形成为截面U字状。槽底面45、第一槽侧面46及第二槽侧面47与第一槽部36的槽底面41、第一槽侧面42及第二槽侧面43分别同样地形成。
这样，通过在肩构件14的内周面14a加工出第一槽部36及第二槽部37，从而例如即便在搅拌头26为超硬合金、陶瓷等难加工材料的情况下，也能够容易加工第一槽部36及第二槽部37。
需要说明的是，第一槽部36及第二槽部37也可以在轴向上形成于任意的位置。
在肩构件14的贯通孔31中，如前述那样，搅拌头26以能够沿着轴向移动的方式贯通。在该状态下、在搅拌头26的外周面26a与肩构件14的内周面14a之间，例如在径向上形成有略微的间隙S。
在搅拌头26的外周面26a与肩构件14的内周面14a之间，作为多个气室部，例如形成有第一气室部15和第二气室部16。
第一气室部15通过搅拌头26的外周面26a和第一槽部36而呈截面矩形形状、且形成为中空的环状。在第一气室部15中，搅拌头26的外周面(搅拌头的外表面)26a与槽底面41(肩构件的内表面)之间的径向的第一气室距离(距离)形成为L1。
第二气室部16通过搅拌头26的外周面26a和第二槽部37而呈截面矩形形状、且形成为中空的环状。在第二气室部16中，搅拌头26的外周面26a与第二气室部16中的肩构件14的内周面(即槽底面45)之间的径向的第二气室距离形成为L2。第一气室距离L1及第二气室距离L2例如形成为相同的距离。
第一气室部15及第二气室部16在轴向上远离接合部23的位置处隔开第一间隔而依次形成。通过将第一气室部15及第二气室部16沿着轴向配置，从而即便在搅拌头26与肩构件14之间的相对位置沿着轴向偏移了的情况下，也能够容易管理第一气室部15及第二气室部16的容积。即，能够扩宽搅拌头26的位置精度的管理幅度，能够稳定地发挥摩擦搅拌接合的功能。
另外，第一气室部15在多个气室部(即第一气室部15及第二气室部16)中位于最靠接合部23(搅拌头26的端部26b)侧且最靠搅拌头26的端部26b侧。另外，第一气室部15相对于台阶部33(即贯通孔31的下端)在远离接合部23的位置处隔开第二间隔而形成。而且，第二气室部16相对于贯通孔31的上端在接近接合部23的位置隔开第三间隔而形成。
通过肩构件14的内周面14a中的第一间隔的区域14d、第二间隔的区域14e及第三间隔的区域14f与搅拌头26的外周面26a，连通部17、第一通路部18及第二通路部19分别形成为间隙S。
连通部17通过间隙S将第一气室部15与第二气室部16沿着轴向连通。具体而言，连通部17的位于接合部23侧的端部经由第一气室部15中的第一槽侧面42的内周边与搅拌头26的外周面26a之间的间隙而与第一气室部15连通。另外，连通部17的位于与接合部23相反一侧的端部经由第二气室部16中的第二槽侧面47的内周边与搅拌头26的外周面26a之间的间隙而与第二气室部16连通。
在连通部17中，搅拌头26的外周面26a与第一间隔的区域14d之间的径向的连通部距离(距离)形成为L3。连通部距离L3相对于第一气室距离L1及第二气室距离L2而形成得较小(较窄)。
第一通路部18将台阶部33与第一气室部15通过间隙S而沿着轴向连通。具体而言，第一通路部18的位于接合部23侧的端部与台阶部33连通。另外，第一通路部18的位于与接合部23相反一侧的端部经由第一气室部15中的第二槽侧面43的内周边与搅拌头26的外周面26a之间的间隙而与第一气室部15连通。
在第一通路部18中，搅拌头26的外周面26a与第二间隔的区域14e之间的径向的第一通路部距离(距离)与连通部距离同样地形成为L3。换言之，第一通路部18由搅拌头26的端部26b和肩构件14中的位于接合部23侧的端部14b形成。第一通路部距离L3相对于第一气室距离L1而形成为较小(较窄)。
第二通路部19将倾斜台阶部34与第二气室部16通过间隙S沿着轴向连通。具体而言，第二通路部19的位于与接合部23相反一侧的端部与倾斜台阶部34连通。另外，第二通路部19的位于接合部23侧的端部经由第二气室部16中的第一槽侧面46的内周边与搅拌头26的外周面26a之间的间隙而与第二气室部16连通。
在第二通路部19中，搅拌头26的外周面26a与第三间隔的区域14f之间的径向的第二通路部距离与连通部距离同样地形成为L3。换言之，第二通路部19由搅拌头26中的位于搅拌头轴部25侧的部位和肩构件14中的与接合部23相反一侧的端部14c形成。第二通路部距离L3相对于第二气室距离L2形成为较小(较窄)。
即，第一气室部15及第二气室部16与连通部17、第一通路部18及第二通路部19相比截面积形成为较大。另外，第一气室部15及第二气室部16与连通部17、第一通路部18及第二通路部19相比容积形成为较大。
需要说明的是，在第一实施方式中，作为多个气室部而例示第一气室部15及第二气室部16这两个气室，气室的数也可以任意选择。
接着，基于图1、图2来说明通过第一实施方式的摩擦搅拌接合装置10的摩擦搅拌接合方法而抑制摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S的例子。
如图1所示，在将第一工件21与第二工件22层叠的状态下，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14对应的位置。另外，搅拌头26的端部26b相对于肩构件14的端部14b而大致共面地配置。
接着，操作驱动机构而使搅拌头26及肩构件14下降，使肩构件14的端部14b相对于接合部23接近到规定距离，使搅拌头26及肩构件14沿着箭头A的方向伴随旋转轴28而旋转。
在此，搅拌头26的相对于旋转轴28的转速与肩构件14的相对于旋转轴28的转速设定为不同。例如，搅拌头26相对于肩构件14高速旋转。
在该状态下，使搅拌头26及肩构件14进一步朝向接合部23移动，例如使肩构件14的端部14b与接合部23滑动接触。接合部23被肩构件14的端部14b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14的端部14b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，通过摩擦搅拌接合装置10的摩擦搅拌接合方法，第二工件22及第一工件21在接合部23被摩擦搅拌接合。
这样，在基于摩擦搅拌接合装置10的摩擦搅拌接合方法中，如前述那样，搅拌头26的转速和肩构件14的转速设定为不同，例如，搅拌头26相对于肩构件14高速旋转。因而，考虑到因搅拌头26的外周面26a与肩构件14的内周面14a之间的摩擦而发热。
由此，考虑到在对第二工件22与第一工件21的接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入到搅拌头26与肩构件14之间的间隙S的情况下，切屑的流动性因摩擦热升高。因此，考虑到搅拌头26与肩构件14之间的间隙S中容易浸入切屑，这会给接合部23的品质带来影响。
于是，根据摩擦搅拌接合装置10，在搅拌头26的外周面26a与肩构件14的内周面14a之间形成第一气室部15和第二气室部16，将第一气室部15及第二气室部16通过连通部17连通。因而，将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑从台阶部33经由第一通路部18而如箭头B那样进入第一气室部15。
第一通路部18的第一通路部距离L3相对于第一气室部15的第一气室距离L1而形成为较小。另外，第一通路部18相对于第一气室部15而在与旋转轴28垂直的截面中截面积形成为较小。因而，通过切屑从第一通路部18进入第一气室部15，从而切屑因压力损失(也有时称作压损)而压力降低。
而且，进入到第一气室部15中的切屑如箭头C那样进入连通部17。进入到连通部17的切屑经由连通部17而如箭头D那样进入第二气室部16。
连通部17的连通部距离L3相对于第二气室部16的第二气室距离L2而形成为较小。因而，通过切屑从连通部17进入第二气室部16，从而切屑因压力损失而压力降低。
进入到第二气室部16中的切屑从第二气室部16如箭头E那样进入第二通路部19。第二通路部19的第二通路部距离L3相对于第二气室部16的第二气室距离L2而形成为较小。
这样，通过使切屑向第一气室部15、连通部17、第二气室部16及第二通路部19依次反复进入，从而例如即便对于因摩擦热而流动性提高了的切屑，也能够产生压损而充分抑制切屑的流动。由此，能够抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S。因此，能够提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
而且，根据摩擦搅拌接合装置10，第一通路部18由搅拌头26的端部26b和肩构件14中的位于接合部23侧的端部14b形成。而且，由搅拌头26的端部26b和肩构件14的端部14b形成的第一通路部距离L3相对于第一气室部15的第一气室距离L1而形成为较小(较窄)。
因而，即便在将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑因摩擦热而提高了流动性的情况下，也能够利用第一通路部18的间隙S来抑制切屑进入最靠接合部23侧的第一气室部15。由此，能够更良好地抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S。因此，能够更良好地提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
在此，第一气室部15的槽底面41及第二气室部16的槽底面45相对于内周面14a向径向的外侧分离开而形成。另外，搅拌头26及肩构件14的摩擦热产生于搅拌头26的外周面26a及肩构件14的内周面14a。因而，槽底面41及槽底面45相对于摩擦热而在径向的外侧分离开的位置形成。由此，能够利用离心力将进入到第一气室部15及第二气室部16中的切屑向槽底面41及槽底面45侧引导而使该切屑向径向的外侧远离摩擦热。因此，能够提高进入到第一气室部15及第二气室部16中的切屑的粘性而抑制流动性，能够更良好地抑制切屑进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S。
需要说明的是，在摩擦搅拌接合装置10的摩擦搅拌接合方法中，说明了搅拌头26的转速与肩构件14的转速设定为不同，例如搅拌头26相对于肩构件14高速旋转的例子，但不限定于此。作为其他例子，例如，也可以使搅拌头26与肩构件14以同一转速进行旋转。在该情况下，根据摩擦搅拌接合装置10，也能够良好地抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S。因此，能够更良好地提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
接着，参照图3至图18来说明本发明的第二实施方式至第九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九实施方式中，对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，说明不同的点。
(第二实施方式)
如图3、图4所示，摩擦搅拌接合装置60主要用第一气室部64及第二气室部65(多个气室)、连通部66而代替了第一实施方式的第一气室部15及第二气室部16、连通部17。第一实施方式的第一气室部15、第二气室部16及连通部17沿着轴向配置。另一方面，第二实施方式的第一气室部64、第二气室部65及连通部66沿着径向配置。
摩擦搅拌接合装置60具备：支承用夹具12；摩擦搅拌接合用工具62；肩构件63；第一气室部64及第二气室部65；连通部66；第一通路部67及第二通路部68；驱动机构(未图示)。
摩擦搅拌接合用工具62具备搅拌头轴部71和搅拌头26。搅拌头轴部71在接合部23侧的端面(搅拌头26的外表面)71a形成有环状的槽部73。槽部73具有槽内上表面73b、槽内侧面73a及槽外侧面73c。槽部73通过槽内上表面73b、槽内侧面73a及槽外侧面73c而以从搅拌头轴部71的端面(搅拌头的外表面)71a朝向与接合部23相反一侧凹陷的方式形成为截面U字状。
对于搅拌头26及搅拌头轴部71，在径向的外侧，搅拌头26的外周面(外周)26a及搅拌头轴部71的外周面71b由肩构件63沿着周向包围。
肩构件14例如具有肩构件筒部75和肩构件底部(肩构件63中的位于接合部23侧的端部)76。肩构件筒部75形成为圆筒状，筒部内周面75a相对于搅拌头轴部71的外周面71b而例如在径向上隔开略微的间隙S而形成。肩构件底部76在肩构件筒部75中的位于接合部23侧的端部处形成为圆板状，且在中央形成有贯通孔78。
肩构件底部76具有底部内周面(即肩构件的内表面)76a、台阶部33、凸部81。底部内周面76a相对于搅拌头26的外周面26a例如在径向上隔开略微的间隙S而形成。
即，摩擦搅拌接合用工具62(即搅拌头轴部71及搅拌头26)以能够沿着轴向移动的方式贯通肩构件63。
凸部81从肩构件底部76中的与搅拌头轴部71的端面71a对置的内表面(肩构件的内表面)76b朝向槽部73呈环状突出。凸部81具有凸顶面81a、凸内侧面81b及凸外侧面81c。
这样，通过在肩构件底部76加工出凸部81，从而例如即便在搅拌头轴部71为超硬合金、陶瓷等难加工材料的情况下，也能够容易加工凸部81。
凸顶面81a相对于槽部73的槽内上表面73b在轴向上隔开略微的间隙S而配置。凸内侧面81b相对于槽部73的槽内侧面73a在径向上隔开略微的间隙S而配置。凸外侧面81c相对于槽部73的槽外侧面73c在径向上隔开略微的间隙S而配置。
如以上所说明那样，在搅拌头26的外表面(具体而言，搅拌头轴部71的端面71a)与肩构件63的内表面(具体而言，肩构件底部76的内表面76b)之间，形成有第一气室部64和第二气室部65。
第一气室部64通过搅拌头26的外周面26a、搅拌头轴部71的端面71a、凸部81的凸内侧面81b及肩构件底部76的内表面76b而呈截面矩形形状、且形成为中空的环状。在第一气室部64中，搅拌头轴部71的端面71a(搅拌头的外表面)与肩构件底部76的内表面76b(肩构件的内表面)之间的轴向的第一气室距离(距离)形成为L4。
第二气室部65通过凸部81的凸外侧面81c、搅拌头轴部71的端面71a、肩构件筒部75的筒部内周面75a及肩构件底部76的内表面76b而呈截面矩形形状、且形成为中空的环状。在第二气室部65中，搅拌头轴部71的端面71a与肩构件底部76的内表面76b之间的轴向的第二气室距离形成为L5。
第一气室部64与第二气室部65在径向上远离搅拌头26的位置处，隔开第一间隔而依次形成。即，第一气室部64在多个气室部(即第一气室部64及第二气室部65)中位于最靠搅拌头26的端部26b侧的位置。另外，第一气室部64相对于台阶部33(即贯通孔78的下端)而在轴向上远离接合部23的位置处隔开第二间隔而形成。而且，第二气室部65相对于第一气室部64在径向的外侧隔开第一间隔而形成。
通过肩构件底部76的底部内周面76a和搅拌头26的外周面26a，第一通路部67形成为间隙S。通过槽部73和凸部81，连通部66形成为间隙S且截面U字状。通过搅拌头轴部71的外周面71b和肩构件筒部75的筒部内周面75a，第二通路部68形成为间隙S。
连通部66使第一气室部64与第二气室部65通过间隙S而大致沿着径向连通。通过连通部66形成为截面U字状，从而第一气室部64、连通部66及第二气室部65形成为迷宫状。
在连通部66中，槽部73与凸部81之间的连通部距离(距离)形成为L3。
连通部距离L3相对于第一气室距离L4及第二气室距离L5而形成为较小(较窄)。
第一通路部67将台阶部33与第一气室部64通过间隙S而沿着轴向连通。在第一通路部67中，搅拌头26的外周面26a与肩构件底部76的底部内周面76a之间的径向的第一通路部距离(距离)与连通部距离同样地形成为L3。第一通路部距离L3相对于第一气室距离L4而形成为较小(较窄)。另外，第一气室部64形成为在与旋转轴28垂直的截面中比第一通路部距离L3大(宽)。
第二通路部68将肩构件63的外部与第二气室部65通过间隙S沿着轴向连通。在第二通路部68中，搅拌头轴部71的外周面71b与肩构件筒部75的筒部内周面75a之间的径向的第二通路部距离与连通部距离同样地形成为L3。第二通路部距离L3相对于第二气室距离L5形成为较小(较窄)。
即，第一气室部64及第二气室部65与连通部66、第一通路部67及第二通路部68相比截面积形成为较大。另外，第一气室部64及第二气室部65与连通部66、第一通路部67及第二通路部68相比容积形成为较大。
需要说明的是，在第二实施方式中，作为多个气室部而例示第一气室部64及第二气室部65这两个气室，但气室的数量也可以任意选择。
接着，基于图3、图4来说明通过第二实施方式的摩擦搅拌接合装置60的摩擦搅拌接合方法抑制摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S的例子。
根据摩擦搅拌接合装置60，在搅拌头26的外表面与肩构件63的内表面之间形成第一气室部64和第二气室部65，使第一气室部64及第二气室部65通过连通部66连通。因而，将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑从台阶部33经由第一通路部67而如箭头F那样进入第一气室部64并蓄积。
第一通路部67的第一通路部距离L3相对于第一气室部64的第一气室距离L4形成为较小。另外，第一气室部64形成为在与旋转轴28垂直的截面中比第一通路部距离L3宽。因而，通过切屑从第一通路部67进入第一气室部64，从而切屑因压力损失而压力降低。
而且，蓄积于第一气室部64的切屑如箭头G那样进入连通部66。
进入到连通部66中的切屑经由连通部66而如箭头H那样进入第二气室部65并蓄积。
连通部66的连通部距离L3相对于第二气室部65的第二气室距离L5而形成为较小。因而，通过蓄积于第一气室部64的切屑从连通部66进入第二气室部65，从而切屑因压力损失而压力降低。
蓄积于第二气室部65的切屑从第二气室部65如箭头I那样进入第二通路部68。第二通路部68的第二通路部距离L3相对于第二气室部65的第二气室距离L5而形成为较小。
这样，通过使切屑向第一气室部64、连通部66、第二气室部65及第二通路部68依次反复进入，从而例如能够如第一实施方式那样即便对于因摩擦热而流动性升高了的切屑，也产生压损而充分抑制切屑的流动。由此，能够抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。因此，能够提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
而且，根据摩擦搅拌接合装置60，第一通路部67由搅拌头26的端部26b和肩构件底部76(即肩构件63的端部)形成。而且，由搅拌头26的端部26b和底部内周面76a形成的第一通路部距离L3相对于第一气室部64的第一气室距离L4形成为较小(较窄)。
因而，即便在将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑因摩擦热而流动性升高了的情况下，也能够利用第一通路部67的间隙S来抑制该切屑进入最靠接合部23侧的第一气室部64。由此，能够更良好地抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。因此，能够更良好地提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
在此，切屑从第一通路部67如箭头F那样沿着轴向进入第一气室部64。蓄积于第一气室部64的切屑从第一气室部64进入连通部66，在连通部66中从轴向向径向而如箭头G那样以进入方向不同的方式被引导。因而，能够使进入到第一气室部64中的切屑在第一气室部64中碰触搅拌头轴部71的端面71a而蓄积于第一气室部64。
另外，进入到连通部66的切屑经由连通部66而如箭头H那样进入第二气室部65并蓄积。蓄积于第二气室部65的切屑从第二气室部65向第二通路部68而如箭头I那样被沿着相对于第二气室部65的进入方向而言不同的进入方向(即相反朝向的轴向)引导。因而，能够使进入到第二气室部65中的切屑在第二气室部65中碰触肩构件底部76的内表面76b而蓄积于第二气室部65。
由此，在第一气室部64及第二气室部65中充满切屑之前，能够使切屑不容易从第一气室部64及第二气室部65向连通部66及第二通路部68分别进入。因此，能够更良好地抑制切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。
(第三实施方式)
如图5、图6所示，摩擦搅拌接合装置90中，主要从第二实施方式的搅拌头轴部71的端面71a去除环状的槽部73、且在第二实施方式的肩构件底部76的内表面76b上除了凸部81以外还形成有台阶部92。
通过在肩构件底部76加工出凸部81、台阶部92，从而例如即便在搅拌头轴部71为超硬合金、陶瓷等难加工材料的情况下，也能够容易加工凸部81、台阶部92。
第三实施方式的第一气室部94、连通部96及第二气室部95与第二实施方式的第一气室部64、连通部66及第二气室部65同样地，朝向径向的外侧而依次配置。
第一气室部94的第一气室距离(距离)形成为L6。第二气室部95的第二气室距离形成为L7。在连通部96中，搅拌头轴部71的端面71a与凸部81之间的轴向的连通部距离(距离)形成为L3。连通部距离L3相对于第一气室距离L6及第二气室距离L7而形成为较小(较窄)。
在第一通路部97中，搅拌头26的外周面26a与肩构件底部76的底部内周面76a之间的径向的第一通路部距离(距离)与连通部距离同样地形成为L3。
第一通路部距离L3相对于第一气室距离L6形成为较小(较窄)。另外，第一气室部94形成为在与旋转轴28垂直的截面中比第一通路部距离L3大(宽)。
在第二通路部98中，搅拌头轴部71的端面71a与台阶部92之间的轴向的第二通路部距离与连通部距离同样地形成为L3。第二通路部距离L3相对于第二气室距离L7形成为较小(较窄)。
即，第一气室部94及第二气室部95形成为与连通部96、第一通路部97及第二通路部98相比截面积较大。另外，第一气室部94及第二气室部95形成为与连通部96、第一通路部97及第二通路部98相比容积较大。
接着，基于图5、图6来说明通过第三实施方式的摩擦搅拌接合装置90的摩擦搅拌接合方法来抑制摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S的例子。
根据摩擦搅拌接合装置90，将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑从台阶部33经由第一通路部97而如箭头那样进入第一气室部94并蓄积。
第一通路部97的第一通路部距离L3相对于第一气室部94的第一气室距离L6形成为较小。另外，第一气室部94形成为在与旋转轴28垂直的截面中比第一通路部距离L3宽。因而，通过切屑从第一通路部97进入第一气室部94，切屑因压力损失而压力降低。
而且，蓄积于第一气室部94的切屑如箭头那样进入连通部96。进入到连通部96中的切屑经由连通部96而如箭头那样进入第二气室部95并蓄积。
连通部96的连通部距离L3相对于第二气室部95的第二气室距离L7形成为较小。因而，通过切屑从连通部96进入第二气室部95，从而切屑因压力损失而压力降低。
蓄积于第二气室部95的切屑从第二气室部95如箭头那样进入第二通路部98。第二通路部98的第二通路部距离L3相对于第二气室部95的第二气室距离L7形成为较小。
这样，通过使切屑向第一气室部94、连通部96、第二气室部95及第二通路部98依次反复进入，例如能够如第二实施方式那样即便对于因摩擦热而流动性升高了的切屑，也产生压损而充分地抑制切屑的流动。由此，能够抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。因此，能够提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
而且，根据摩擦搅拌接合装置90，第一通路部97由搅拌头26的端部26b和肩构件底部76(即肩构件63的端部)形成。而且，由搅拌头26的端部26b和底部内周面76a形成的第一通路部距离L3相对于第一气室部94的第一气室距离L6形成为较小(较窄)。
因而，即便在将第二工件22及第一工件21在接合部23处进行摩擦搅拌接合时产生的切屑因摩擦热而流动性升高了的情况下，也能够利用第一通路部97的间隙S来抑制该切屑进入最靠接合部23侧的第一气室部94。由此，能够更良好地抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。因此，能够更良好地提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
在此，切屑从第一通路部97如箭头那样沿着轴向进入第一气室部94。蓄积于第一气室部94的切屑从第一气室部94向连通部96而如箭头那样沿着径向以进入方向不同的方式被引导。因而，能够使进入到第一气室部94中的切屑在第一气室部94中碰触搅拌头轴部71的端面71a而蓄积于第一气室部64。
由此，在第一气室部94中充满切屑之前，能够使切屑不容易从第一气室部进入连通部96。因此，能够更良好地抑制切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。
(第四实施方式)
如图7、图8所示，摩擦搅拌接合装置100中，主要从第二实施方式的搅拌头轴部71的端面71a去除环状的槽部73、且将第二实施方式的凸部81用第一凸部102及第二凸部103代替。
通过在肩构件底部76加工出第一凸部102及第二凸部103，从而例如即便搅拌头轴部71为超硬合金、陶瓷等难加工材料的情况下，也能够容易加工出第一凸部102及第二凸部103。
第四实施方式的第一气室部105、连通部107及第二气室部106与第二实施方式的第一气室部64、连通部66及第二气室部65同样地，朝向径向的外侧而依次配置。
第一凸部102在肩构件底部76的内表面76b上从径向的内周端76c朝向搅拌头轴部71的端面71a而呈环状突出。第二凸部103在肩构件底部76的内表面76b上从相对于第一凸部102位于径向的外侧的部位76d朝向搅拌头轴部71的端面71a呈环状突出。
第一气室部105的第一气室距离(距离)形成为L8。第二气室部106的第二气室距离形成为L9。在连通部107中，搅拌头轴部71的端面71a与第二凸部103之间的轴向的连通部距离(距离)形成为L3。连通部距离L3相对于第一气室距离L8及第二气室距离L9形成为较小(较窄)。
在第一通路部108中，搅拌头26的外周面26a与肩构件底部76的底部内周面76a之间的径向的距离、以及搅拌头轴部71的端面71a与第一凸部102之间的轴向的距离分别形成为第一通路部距离(距离)。即，第一通路部108具有由搅拌头26的端部26b和肩构件底部76(即肩构件63的端部)形成的部位。第一通路部距离与连通部距离同样地形成为L3。第一通路部距离L3相对于第一气室距离L8形成为较小(较窄)。
在第二通路部109中，搅拌头轴部71的外周面71b与肩构件筒部75的筒部内周面75a之间的径向的第二通路部距离与连通部距离同样地形成为L3。第二通路部距离L3相对于第二气室距离L9而形成为较小(较窄)。
即，第一气室部105及第二气室部106形成为与连通部107、第一通路部108及第二通路部109相比截面积较大。另外，第一气室部105及第二气室部106形成为与连通部107、第一通路部108及第二通路部109相比容积较大。
接着，基于图7、图8来说明通过第四实施方式的摩擦搅拌接合装置100的摩擦搅拌接合方法抑制摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S的例子。
根据摩擦搅拌接合装置100，将第二工件22及第一工件21在接合部23摩擦搅拌接合时产生的切屑从台阶部33经由第一通路部108而如箭头那样进入第一气室部105并蓄积。
第一通路部108的第一通路部距离L3相对于第一气室部105的第一气室距离L8形成为较小。因而，通过切屑从第一通路部108进入第一气室部105，从而切屑因压力损失而压力降低。
而且，蓄积于第一气室部105的切屑如箭头那样进入连通部107。进入到连通部107中的切屑经由连通部107而如箭头那样进入第二气室部106并蓄积。
连通部107的连通部距离L3相对于第二气室部106的第二气室距离L9形成为较小。因而，通过切屑从连通部107进入第二气室部106，从而切屑因压力损失而压力降低。
蓄积于第二气室部106的切屑从第二气室部106如箭头那样进入第二通路部109。第二通路部109的第二通路部距离L3相对于第二气室部106的第二气室距离L9形成为较小。
这样，通过使切屑向第一气室部105、连通部107、第二气室部106及第二通路部109依次反复进入，从而例如能够如第二实施方式那样即便对于因摩擦热而流动性升高了的切屑，也产生压损而充分抑制切屑的流动。由此，能够抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。因此，能够提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
而且，根据摩擦搅拌接合装置100，第一通路部108具有由搅拌头26的端部26b和肩构件底部76(即肩构件63的端部)形成的部位。而且，由搅拌头26的端部26b和底部内周面76a形成的第一通路部距离L3相对于第一气室部105的第一气室距离L8形成为较小(较窄)。
因而，即便将第二工件22及第一工件21在接合部23处进行摩擦搅拌接合时产生的切屑因摩擦热而流动性升高了的情况下，也能够利用第一通路部108的间隙S来抑制该切屑进入最靠接合部23侧的第一气室部105。由此，能够更良好地抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。因此，能够更良好地提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
在此，根据摩擦搅拌接合装置100，第一凸部102从肩构件底部76的内周端76c朝向搅拌头轴部71的端面71a呈环状突出。因而，第一通路部108形成为沿着搅拌头26的外周面26a而在轴向上大。由此，能够将进入到第一通路部108中的切屑配置于搅拌头26的外周面26a与肩构件底部76的底部内周面76a之间的摩擦热的附近。因此，通过将切屑保持为适宜的高温，能够抑制切屑的粘着。其结果是，能够使伴随有搅拌头26与肩构件63的分解的维护容易。
(第五实施方式)
如图9、图10所示，在摩擦搅拌接合装置120中，搅拌头轴部(搅拌头)123的外周面(外表面)123a及肩构件124的内周面(内表面)124a在轴向上从接合部23侧朝向相反侧而断续地扩径。
搅拌头轴部123在接合部23侧的端部123b中的外周面123a上具有第一凸扩径部126、第二凸扩径部127、第三凸扩径部128。第一凸扩径部126、第二凸扩径部127及第三凸扩径部128从接合部23侧朝向相反侧而断续地扩径。
具体而言，第一凸扩径部126相对于搅拌头26的外周面26a向径向的外侧呈凸状扩径。第一凸扩径部126具有第一凸端面126a和第一凸外周面126b。第二凸扩径部127相对于第一凸外周面126b向径向的外侧呈凸状扩径。第二凸扩径部127具有第二凸端面127a和第二凸外周面127b。第三凸扩径部128相对于第二凸外周面127b向径向的外侧呈凸状扩径。第三凸扩径部128具有第三凸端面128a和第三凸外周面128b。第三凸外周面128b是形成搅拌头轴部123的外周面123a的一部分的部位。
肩构件124通过被贯通孔131贯通而具有内周面124a。而且，肩构件124具有在内周面124a形成的第一凹扩径部132、第二凹扩径部133、第三凹扩径部134。第一凹扩径部132、第二凹扩径部133及第三凹扩径部134从接合部23侧朝向相反侧而断续地扩径。
具体而言，第一凹扩径部132相对于肩构件124的内周面124a向径向的外侧扩径。第一凹扩径部132具有第一凹端面132a和第一凹内周面132b。第二凹扩径部133相对于第一凹内周面132b向径向的外侧扩径。第二凹扩径部133具有第二凹端面133a和第二凹内周面133b。第三凹扩径部134相对于第二凹内周面133b向径向的外侧扩径。第三凹扩径部134具有第三凹端面134a和第三凹内周面134b。
在肩构件124的贯通孔131中贯通有摩擦搅拌接合用工具122的搅拌头26。摩擦搅拌接合用工具122的搅拌头轴部123的第一凸扩径部126、第二凸扩径部127及第三凸扩径部128与肩构件124的第一凹扩径部132、第二凹扩径部133及第三凹扩径部134分别嵌合。
在第一凸扩径部126嵌合于第一凹扩径部132的状态下，由搅拌头26的外周面26a、第一凸端面126a、第一凹内周面132b及第一凹端面132a形成有第一气室部136。第一气室部136呈截面矩形形状、且形成为中空的环状。
在第一气室部136中，搅拌头26的外周面(搅拌头的外表面)26a与第一凹内周面(肩构件的内表面)132b之间的径向的第一气室距离(距离)形成为L10。另外，在第一气室部136中，第一凸端面126a与第一凹端面132a之间的轴向的距离形成为H1。
在第二凸扩径部127嵌合于第二凹扩径部133的状态下，由第一凸外周面126b、第二凸端面127a、第二凹内周面133b及第二凹端面133a形成第二气室部137。第二气室部137呈截面矩形形状、且形成为中空的环状。第二气室部137相对于第一气室部136在轴向上位于远离接合部23的一侧、且相对于第一气室部136形成于径向的外侧。
在第二气室部137中，第一凸外周面126b与第二气室部137中的肩构件124的内周面(即第二凹内周面133b)之间的径向的第二气室距离形成为L11。另外，在第二气室部137中，第二凸端面127a与第二凹端面133a之间的轴向的距离形成为H2。
在第三凸扩径部128嵌合于第三凹扩径部134的状态下，由第二凸外周面127b、第三凸端面128a、第三凹内周面134b及第三凹端面134a形成第三气室部138。第三气室部138呈截面矩形形状、且形成为中空的环状。第三气室部138相对于第二气室部137在轴向上位于远离接合部23的一侧、且相对于第二气室部137形成于径向的外侧。
在第三气室部138中，第二凸外周面127b与第三气室部138中的肩构件124的内周面(即第三凹内周面134b)之间的径向的第三气室距离形成为L12。另外，在第三气室部138中，第三凸端面128a与第三凹端面134a之间的轴向的距离形成为H3。
这样，第一凸扩径部126、第二凸扩径部127及第三凸扩径部128嵌合于第一凹扩径部132、第二凹扩径部133及第三凹扩径部134。由此，在搅拌头轴部123的外周面123a与肩构件的内周面124a之间，作为多个气室而在轴向上断续地形成有第一气室部136、第二气室部137及第三气室部138。
通过将第一气室部136、第二气室部137及第三气室部138沿着轴向断续地配置，从而即便在搅拌头轴部123与肩构件124之间的相对位置沿着轴向偏移了的情况下，也能够容易管理各气室部136、137、138的容积。即，能够扩大搅拌头轴部123(摩擦搅拌接合用工具122)的位置精度的管理幅度，能够稳定地发挥摩擦搅拌接合的功能。
而且，通过调整旋转轴28的轴向上摩擦搅拌接合用工具122与肩构件124之间的相对位置，能够调整第一气室部136、第二气室部137及第三气室部138的各距离H1、H2、H3。由此，能够调整第一气室部136、第二气室部137及第三气室部138的容积。由此，根据摩擦搅拌接合装置120，例如能够针对多种第一工件21及第二工件22而适用通过搅拌头26进行的摩擦搅拌接合。
另外，由第一凸外周面126b和第一凹内周面132b形成第一连通部(连通室)141。第一连通部141使第一气室部136与第二气室部137通过间隙S沿着轴向连通。在第一连通部141中，第一凸外周面126b与第一凹内周面132b之间的径向的第一连通部距离(距离)形成为L3。连通部距离L3相对于第一气室距离L10及第二气室距离L11形成为较小(较窄)。
而且，由第二凸外周面127b和第二凹内周面133b形成第二连通部(连通室)142。第二连通部142使第二气室部137与第三气室部138通过间隙S沿着轴向连通。在第二连通部142中，第二凸外周面127b与第二凹内周面133b之间的径向的第二连通部距离(距离)形成为L3。连通部距离L3相对于第二气室距离L11及第三气室距离L12形成为较小(较窄)。
另外，由搅拌头26的外周面26a和肩构件124的内周面124a形成第一通路部143。第一通路部143使台阶部33与第一气室部136通过间隙S沿着轴向连通。在第一通路部143中，搅拌头26的外周面26a与肩构件124的内周面124a之间的径向的第一通路部距离(距离)与第一连通部距离及第二连通部距离同样地形成为L3。第一通路部距离L3相对于第一气室距离L10形成为较小(较窄)。
而且，由第三凸外周面128b和第三凹内周面134b形成第二通路部144。第二通路部144使肩构件124的外部与第三气室部138通过间隙S沿着轴向连通。在第二通路部144中，第三凸外周面128b与第三凹内周面134b之间的径向的第二通路部距离与第一连通部距离及第二连通部距离同样地形成为L3。第二通路部距离L3相对于第三气室距离L12形成为较小(较窄)。
即，第一气室部136、第二气室部137及第三气室部138与第一连通部141、第二连通部142、第一通路部143及第二通路部144相比形成为截面积较大。另外，第一气室部136、第二气室部137及第三气室部138与第一连通部141、第二连通部142、第一通路部143及第二通路部144相比形成为容积较大。
由第一通路部143、第一气室部136、第一连通部141、第二气室部137、第二连通部142、第三气室部138及第二通路部144形成所谓的迷宫构造。
接着，基于图9、图10来说明通过第五实施方式的摩擦搅拌接合装置120的摩擦搅拌接合方法来抑制摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)进入搅拌头26与肩构件124之间的间隙S的例子。
根据摩擦搅拌接合装置120，在搅拌头轴部123的外周面123a与肩构件124的内周面124a之间形成第一气室部136、第二气室部137及第三气室部138。而且，使第一气室部136及第二气室部137通过第一连通部141连通，使第二气室部137及第三气室部138通过第二连通部142连通。
因而，在将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑从台阶部33经由第一通路部143而如箭头J那样进入第一气室部136并蓄积。
第一通路部143的第一通路部距离L3相对于第一气室部136的第一气室距离L10形成为较小。因而，通过切屑从第一通路部143进入第一气室部136，从而切屑因压力损失而压力降低。
另外，蓄积于第一气室部136的切屑如箭头K那样进入第一连通部141。进入到第一连通部141中的切屑经由第一连通部141而如箭头K那样进入第二气室部137并蓄积。
第一连通部141的连通部距离L3相对于第二气室部137的第二气室距离L11形成为较小。因而，通过切屑从第一连通部141进入第二气室部137，从而切屑因压力损失而压力降低。
而且，蓄积于第二气室部137的切屑从第二气室部137如箭头L那样进入第二连通部142。进入到第二连通部142中的切屑经由第二连通部142而如箭头L那样进入第三气室部138并蓄积。
第二连通部142的第二连通部距离L3相对于第三气室部138的第三气室距离L12形成为较小。因而，通过切屑从第二连通部142进入第三气室部138，从而切屑因压力损失而压力降低。
除此之外，蓄积于第三气室部138的切屑从第三气室部138如箭头M那样进入第二通路部144。第二通路部144的第二通路部距离L3相对于第三气室部138的第三气室距离L12形成为较小。
这样，切屑向第一气室部136、第一连通部141、第二气室部137、第二连通部142、第三气室部138及第二通路部144依次反复进入。因而，例如能够如第一实施方式那样即便对于因摩擦热而流动性升高了的切屑，也产生压损而充分抑制切屑的流动。
而且，第一凸端面126a、第二凸端面127a及第三凸端面128a为与接合部23对置的面。因而，进入到第一气室部136、第二气室部137及第三气室部138中的切屑碰触各凸端面126a、127a、128a，通过基于各凸端面126a、127a、128a的阻力而抑制切屑的流动。
除此之外，由第一通路部143、第一气室部136、第一连通部141、第二气室部137、第二连通部142、第三气室部138及第二通路部144形成迷宫构造。因而，即便对于因摩擦热而流动性升高了的切屑，也能够更加充分地抑制切屑的流动。
由此，能够抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件124之间的间隙S。因此，能够提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
而且，根据摩擦搅拌接合装置120，第一通路部143由搅拌头26的端部26b和肩构件124的端部124b形成。而且，由搅拌头26的外周面26a和肩构件124的内周面124a形成的第一通路部距离L3相对于第一气室部136的第一气室距离L10形成为较小(较窄)。
因而，即便在将第二工件22及第一工件21在接合部23处进行摩擦搅拌接合时产生的切屑因摩擦热而流动性升高了的情况下，也能够利用第一通路部143的间隙S来抑制该切屑进入最靠接合部23侧的第一气室部136。由此，能够更良好地抑制将第二工件22及第一工件21在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件124之间的间隙S。因此，能够更良好地提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
(第六实施方式)
如图11、图12所示，在摩擦搅拌接合装置150中，代替第一实施方式的第一槽部36及第二槽部37而在搅拌头26的外周面26a形成第一槽部152及第二槽部153，其他结构与第一实施方式大致同样。
摩擦搅拌接合装置150与第一实施方式的第一气室部15、第二气室部16、连通部17、第一通路部18及第二通路部19同样地，具备第一气室部155、第二气室部156、连通部17、第一通路部18及第二通路部19。
根据摩擦搅拌接合装置150，能够在搅拌头26的外周面26a形成第一槽部152及第二槽部153，因此能够通过外周加工来进行应对。因而，与在肩构件14的内周面14a上内周加工出槽部的情况相比，能够在搅拌头26的外周面26a容易地形成第一槽部152及第二槽部153。
由此，能够在搅拌头26的外周面26a与肩构件14的内周面14a之间容易地形成第一气室部155(多个气室)及第二气室部156(多个气室)。
另外，第一气室部155及第二气室部156沿着轴向配置。由此，即便在搅拌头26与肩构件14之间的相对位置沿着轴向偏移了的情况下，也能够容易管理第一气室部155及第二气室部156的容积。即，能够扩大搅拌头26的位置精度的管理幅度，能够稳定地发挥摩擦搅拌接合的功能。
接着，基于图11、图12来说明通过第六实施方式的摩擦搅拌接合装置150的摩擦搅拌接合方法来抑制摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S的例子。
根据摩擦搅拌接合装置150的摩擦搅拌接合方法，与第一实施方式的摩擦搅拌接合方法同样地，切屑如箭头那样向第一气室部155、连通部17、第二气室部156及第二通路部19依次反复进入。因而，例如即便对于因摩擦热而流动性升高了的切屑，也能够充分抑制切屑的流动。
由此，能够抑制在摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S。因此，能够提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
而且，根据摩擦搅拌接合装置150，第一通路部18的第一通路部距离L3相对于第一气室部155的第一气室距离L1形成为较小(较窄)。因而，即便在接合部23中的摩擦搅拌接合时产生的切屑因摩擦热而流动性升高了的情况下，也能够利用第一通路部18的间隙S来抑制该切屑进入最靠接合部23侧的第一气室部155。
由此，能够更良好地抑制在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S。
(第七实施方式)
如图13、图14所示，在摩擦搅拌接合装置170中，代替第三实施方式的利用凸部81及台阶部92形成于肩构件底部76的槽部，而在搅拌头轴部(搅拌头)25的端面(外表面)25a形成第一槽部172及第二槽部173。
在摩擦搅拌接合装置170中，与第三实施方式的第一气室部94、第二气室部95、连通部96、第一通路部97及第二通路部98同样地，具备第一气室部175、第二气室部176、连通部96、第一通路部97及第二通路部98。
根据摩擦搅拌接合装置170，能够在搅拌头轴部25的端面25a形成第一槽部172及第二槽部173，因此能够通过外表面加工进行应对。因而，与在肩构件底部76的内表面(肩构件的内表面)76b上内表面加工出槽部的情况相比，能够在搅拌头轴部25的端面25a容易地形成第一槽部172及第二槽部173。
由此，能够在搅拌头轴部25的端面25a与肩构件底部76的内表面76b之间容易地形成第一气室部175(多个气室)及第二气室部176(多个气室)。
接着，基于图13、图14来说明通过第七实施方式的摩擦搅拌接合装置170的摩擦搅拌接合方法抑制摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S的例子。
根据摩擦搅拌接合装置170的摩擦搅拌接合方法，与第一实施方式的摩擦搅拌接合方法同样地，切屑如箭头那样向第一气室部175、连通部96、第二气室部176及第二通路部98依次反复进入。因而，例如，即便对于因摩擦热而流动性升高了的切屑，也能够充分抑制切屑的流动。
由此，能够抑制在摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。因此，能够提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
而且，根据摩擦搅拌接合装置170，第一通路部97的第一通路部距离L3相对于第一气室部175的第一气室距离L6形成为较小(较窄)。另外，第一气室部175形成为在与旋转轴28垂直的截面中比第一通路部距离L3宽，切屑从第一通路部97进入第一气室部175时，产生压损。因而，即便接合部23处的摩擦搅拌接合时产生的切屑因摩擦热而流动性升高了的情况下，也能够利用第一通路部97的间隙S来抑制该切屑进入最靠接合部23的侧的第一气室部175。
由此，能够更良好地抑制在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。
(第八实施方式)
如图15、图16所示，在摩擦搅拌接合装置190中，在第七实施方式的搅拌头轴部25的端面25a上在外周部形成有第三槽部192，其他结构与第七实施方式大致同样。
即，摩擦搅拌接合装置190除了第七实施方式的第一气室部175、第二气室部176、连通部96、第一通路部97及第二通路部98以外，还具备第三气室部194及连通部195。
根据摩擦搅拌接合装置190，与第七实施方式同样地，能够在搅拌头轴部25的端面25a形成第一槽部172、第二槽部173及第三槽部192，因此能够通过外表面加工进行应对。因而，能够在搅拌头轴部25的端面25a容易地形成第一槽部172、第二槽部173及第三槽部192。
由此，能够在搅拌头轴部25的端面25a与肩构件底部76的内表面76b之间容易地形成第一气室部175、第二气室部176及第三气室部194(多个气室)。
接着，基于图15、图16来说明通过第八实施方式的摩擦搅拌接合装置190的摩擦搅拌接合方法来抑制摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S的例子。
根据摩擦搅拌接合装置190的摩擦搅拌接合方法，与第七实施方式的摩擦搅拌接合方法同样地，切屑向第一气室部175、连通部96、第二气室部176、连通部195、第三气室部194及第二通路部98如箭头那样依次反复进入。因而，例如即便对于因摩擦热而流动性升高了的切屑，也能够充分抑制切屑的流动。
由此，能够抑制摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。因此，能够提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
而且，根据摩擦搅拌接合装置190，第一通路部97的第一通路部距离L3相对于第一气室部175的第一气室距离L6形成为较小(较窄)。另外，第一气室部175形成为在与旋转轴28垂直的截面中比第一通路部距离L3宽，切屑从第一通路部97进入第一气室部175时产生压损。因而，即便在接合部23处的摩擦搅拌接合时产生的切屑因摩擦热而流动性升高了的情况下，也能够利用第一通路部97的间隙S来抑制该切屑进入最靠接合部23侧的第一气室部175。
由此，能够更良好地抑制在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件63之间的间隙S。
(第九实施方式)
如图17、图18所示，在摩擦搅拌接合装置200中，在搅拌头26的外周面26a形成有第六实施方式的第一槽部152，在肩构件14的内周面14a形成有第一实施方式的第二槽部37。
摩擦搅拌接合装置200与第一实施方式、第六实施方式大致同样地，在轴向上，从接合部23侧朝向与接合部23相反一侧而依次形成有第一通路部18、第一气室部155、连通部17、第二气室部16及第二通路部19。
根据摩擦搅拌接合装置200，在搅拌头26的外周面26a和肩构件14的内周面14a分别分开形成第一槽部152及第二槽部37这两个槽部。因而，与将第一槽部152及第二槽部37这两个槽部例如汇总形成于搅拌头26及肩构件14中的一方的情况相比，能够提高第一槽部152及第二槽部37的轴向的间隔的自由度。而且，能够提高第一槽部152及第二槽部37的径向上的槽深度的自由度。
由此，通过将第一槽部152及第二槽部37这两个槽部分开形成于搅拌头26和肩构件14，能够在轴向、径向上提高各气室部155、37的容积效率，能够有助于摩擦搅拌接合用工具13的小型化。
接着，基于图17、图18来说明通过第九实施方式的摩擦搅拌接合装置200的摩擦搅拌接合方法来抑制进行摩擦搅拌接合时产生的切屑(例如毛边等)进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S的例子。
根据摩擦搅拌接合装置200的摩擦搅拌接合方法，与第一实施方式的摩擦搅拌接合方法同样地，切屑向第一气室部155、连通部17、第二气室部16及第二通路部19如箭头那样依次反复进入。因而，例如即便对于因摩擦热而流动性升高了的切屑，也能够充分抑制切屑的流动。
由此，能够抑制在摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S。因此，能够提高第二工件22及第一工件21通过搅拌头26进行摩擦搅拌接合的接合部23的品质。
而且，根据摩擦搅拌接合装置200，第一通路部18的第一通路部距离L3相对于第一气室部155的第一气室距离L1形成为较小(较窄)。因而，即便接合部23处的摩擦搅拌接合时产生的切屑因摩擦热而流动性升高了的情况下，也能够利用第一通路部18的间隙S抑制该切屑进入最靠接合部23侧的第一气室部155。
由此，能够更良好地抑制在接合部23进行摩擦搅拌接合时产生的切屑进入搅拌头26与肩构件14之间的间隙S。
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。
除此之外，在不脱离本发明的主旨的范围内，能够适当将所述实施方式中的构成要素替换为周知的构成要素，另外，也可以适当组合所述的变形例。
例如，连通部距离L3、第一连通部距离L3、第二连通部距离L3、第一通路部距离L3、第二通路部距离L3可以为同一尺寸，也可以至少一个是不同的尺寸。

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，其在层叠的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而言的径向的外侧包围所述搅拌头；
多个气室，它们沿着所述旋转轴的轴向隔开间隔而形成于所述搅拌头的外表面与所述肩构件的内表面之间；以及
连通部，其将所述多个气室连通，在该连通部相对于所述多个气室而所述搅拌头与所述肩构件之间的距离形成得小，
所述肩构件在所述接合部侧的端部处形成有台阶部，
所述台阶部形成为从所述肩构件的内周面向所述径向的外侧伸出且向与所述接合部相反一侧凹陷的环状，
所述台阶部与所述多个气室经由所述连通部而连通，
在被接合构件的摩擦搅拌接合时产生的切屑从所述台阶部经由所述连通部而进入所述多个气室中的接合部侧的气室。
2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其中，
所述搅拌头的外表面及所述肩构件的内表面在所述旋转轴的轴向上从所述被接合构件侧朝向与该被接合构件相反一侧而断续地扩径，
由所述搅拌头的扩径的部位和所述肩构件的扩径的部位形成所述多个气室。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合装置，其中，
所述搅拌头的端部与所述肩构件的端部之间的距离小于所述多个气室中的最靠所述接合部侧的气室中的所述搅拌头的外表面与所述肩构件的内表面之间的距离。
4.一种摩擦搅拌接合方法，其中，
所述摩擦搅拌接合方法是由权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合装置进行的摩擦搅拌接合方法，
所述搅拌头的转速与所述肩构件的转速不同。
5.一种摩擦搅拌接合方法，其中，
所述摩擦搅拌接合方法是由权利要求3所述的摩擦搅拌接合装置进行的摩擦搅拌接合方法，
所述搅拌头的转速与所述肩构件的转速不同。
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