CN116529017A - 旋转工具、接合装置以及接合方法 - Google Patents

Abstract

提供能以安装于加工中心的状态进行负载控制的旋转工具、接合装置和接合方法。包括：具有安装并固定于接合装置(3)的固定部(11)和传递来自接合装置(3)的旋转力的转轴(12)的主体部(10)；能承受来自主体部(10)的旋转力而旋转且能相对于转轴(12)的轴向移动地配设于主体部(10)，并被插入到被接合构件(2)以进行相对于被接合构件的摩擦搅拌的搅拌销(60)；与搅拌销(60)分体构成，不会承受来自主体部(10)的旋转力，能相对于转轴(12)的轴向与搅拌销(60)分开移动地配设于主体部(10)，并在与被接合构件(2)接触的状态下对被接合构件(2)进行按压的轴肩(70)；以及能相对于转轴(12)的轴向将搅拌销(60)向前端侧施力的第一弹性构件(61)。

Description

旋转工具、接合装置以及接合方法

技术领域

本发明涉及一种用于摩擦搅拌接合的旋转工具、接合装置和接合方法。

背景技术

作为用于进行摩擦搅拌接合的接合装置，为了控制旋转工具压入到被接合构件的压入量而进行负载控制的装置和进行位置控制的装置。负载控制主要在由机器人(机械臂)实现的接合装置中使用，位置控制主要在由加工中心(MC)实现的接合装置中使用。

作为进行负载控制的接合装置，例如存在专利文献1所公开的装置。专利文献1的接合装置是为了根据接合条件以适当的制度获得良好的接合品质，而将轴肩构件或销构件向被接合物压入的压入深度进行控制的装置。为了进行压入深度的控制，上述接合装置基于在压入基准点设定部设定的压入基准点对销构件相对于轴肩构件的相对位置进行控制。为了进行所述控制，接合装置包括加压力检测部、压力基准点设定部、工具驱动控制部等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2012-196681号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

由于专利文献1的接合装置为了进行负载控制而使结构复杂且价格高昂，因此，近年来要求一种能够安装于仅能进行位置控制的相对廉价的加工中心且能进行负载控制的旋转工具。

从上述观点出发，本发明的技术问题在于提供一种能在安装于加工中心的状态下进行负载控制的旋转工具、接合装置和接合方法。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明是一种旋转工具，用于进行被接合构件的摩擦搅拌接合的接合装置中，其特征是，包括：主体部，所述主体部具有固定部和转轴，所述固定部安装并固定于所述接合装置，所述转轴传递来自所述接合装置的旋转力；搅拌销，所述搅拌销能承受来自所述主体部的旋转力而旋转且能相对于所述转轴的轴向移动地配设于所述主体部，并被插入到所述被接合构件以进行相对于所述被接合构件的摩擦搅拌；轴肩，所述轴肩与所述搅拌销分体构成，不会承受来自所述主体部的旋转力，能相对于所述转轴的轴向与所述搅拌销分开移动地配设于所述主体部，并在与所述被接合构件接触的状态下对所述被接合构件进行按压；以及第一弹性构件，所述第一弹性构件能相对于所述转轴的轴向将所述搅拌销向前端侧施力。

在本发明的旋转工具中，优选的是，还包括第二弹性构件，所述第二弹性构件相对于所述转轴的轴向将所述轴肩向前端侧施力。

在本发明的旋转工具中，优选的是，所述主体部还具有：圆筒状的第一保持架，所述第一保持架安装于所述转轴；以及第一滑动轴，所述第一滑动轴能沿着转轴方向滑动地收容于所述第一保持部的中心部，并且与所述第一保持架同步地旋转，所述搅拌销设置于所述第一滑动轴的前端，所述第一滑动轴经由所述第一弹性构件被向所述搅拌销的前端侧施力。

在本发明的旋转工具中，优选的是，所述第一弹性构件配置成将所述第一滑动轴的下部包围。

在所述旋转工具中，优选的是，所述第一弹性构件收容于所述第一保持架的内部，并配置于所述第一滑动轴的基端部与所述第一保持架的固定部一侧之间。

在本发明的旋转工具中，优选的是，在所述第一保持架和所述第一滑动轴中的任一方沿着所述转轴的轴向形成有长条的键槽，在所述第一保持架和所述第一滑动轴中的另一方形成有键，所述键沿着与所述转轴的轴向交叉的方向设置并且嵌入到所述键槽，随着所述第一滑动轴朝向转轴的轴向的移动，所述键在所述键槽的内部沿着所述转轴的轴向移动，随着所述保持架的旋转，所述键与所述键槽在周向上抵接，由此，所述保持架与所述滑动轴同步地旋转。

在本发明的旋转工具中，优选的是，所述主体部还具有：圆筒状的第二保持架，所述第二保持架设置于所述第一保持架的外周；以及第二滑动轴，所述第二滑动轴能沿着转轴方向滑动地收容于所述第二保持架的内部，并且与所述第二保持架自由旋转，所述轴肩设置于所述第二滑动轴的前端，所述第二滑动轴经由所述第二弹性构件被向所述轴肩的前端侧施力。

在本发明的旋转工具中，优选的是，所述轴肩呈圆筒状，所述搅拌销将所述轴肩的内部插通，并比所述轴肩的底面更朝下方突出。

在本发明的旋转工具中，优选的是，包括保持部，所述保持部将所述轴肩保持成无旋转状态。

在本发明的旋转工具中，优选的是，所述第一弹性构件是通过从固体弹簧、流体弹簧、磁力和电磁力中选出的至少一个赋予弹性力的弹性构件。

第二发明在包括技术方案1至10中的任一个的旋转工具的接合装置的基础上，其特征是，包括：动力部件，所述动力部件输出传递至所述旋转工具的所述转轴的旋转力；以及位置控制部件，所述位置控制部件对所述旋转工具的所述固定部进行保持并进行所述旋转工具的位置控制，通过所述位置控制部件使所述旋转工具移动至相对于所述被接合构件为规定的高度位置，一边将所述旋转工具的轴肩相对所述被接合构件按压，一边将所述旋转工具的搅拌销插入到所述被接合构件，从而进行相对于所述被接合构件的摩擦搅拌接合。

在本发明的接合装置中，优选的是，还包括将所述轴肩保持成无旋转状态的第二保持部。

第三发明是一种接合方法，使技术方案1至10中任一个的旋转工具移动至相对于所述被接合构件为规定的高度位置，一边将所述轴肩相对于所述被接合构件按压，一边将旋转的所述搅拌销插入到所述被接合构件，从而进行相对于所述被接合构件的摩擦搅拌接合。

发明效果

根据本发明的旋转工具、接合装置和接合方法，能进行利用了弹性构件的负载控制。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式的旋转工具的剖视图。

图2是示出实施方式的旋转工具的局部剖断立体图。

图3是示出实施方式的旋转工具的局部剖断分解立体图。

图4A是示出实施方式的旋转工具的摩擦搅拌接合开始时的各部分的动作的图，其是示出搅拌销的前端与被接合构件接触之前的状态的剖视图。

图4B是示出实施方式的旋转工具的摩擦搅拌接合开始时的各部分的动作的图，其是示出搅拌销的前端与被接合构件接触后的状态的剖视图。

图4C是示出实施方式的旋转工具的摩擦搅拌接合开始时的各部分的动作的图，其是示出轴肩与被接合构件接触后的状态的剖视图。

图5是示出实施方式的旋转工具的摩擦搅拌接合时的各部分的动作的剖视图。

图6是示出实施方式的旋转工具的变形例的局部剖断立体图。

具体实施方式

适当地参照附图对本发明的实施方式进行说明。本发明并不仅局限于以下的实施方式。此外，能将实施方式中的构成要素的一部分或者全部适当地组合。另外，附图是用于概念性地说明本发明的图，其还存在所表示的各构成要素的尺寸或者它们间的比例与实际情况不同的情况。

[1.旋转工具]

首先，对本实施方式的旋转工具的结构进行说明。如图1所示，本实施方式的旋转工具1用于进行被接合构件2(参照图5)的摩擦搅拌接合的接合装置中，其一边旋转一边被插入被接合构件2的对接部中。所述旋转工具1包括主体部10、搅拌销60、轴肩70、第一弹性构件61、第二弹性构件71。此外，旋转工具1包括保持部80。

＜主体部＞

主体部10例如是固定于加工中心等的接合装置3的部分，其包括固定部11和转轴12。固定部11是安装并固定于接合装置3的部位，其呈圆筒状。固定部11是卡持机构，通过与设置于接合装置3的成对的卡持机构协同，能将固定部11相对于接合装置能够装拆地固定。作为卡持机构，例如列举设置于固定部11的槽和设置于接合装置3并与固定部11一侧的槽嵌合来进行夹持的爪。转轴12连结并设置在固定部11的与安装于接合装置3的一侧相反的另一端侧(图1中的下侧)。转轴12呈圆柱状。转轴12是将来自接合装置3的旋转力传递至搅拌销60的部位，其经由固定部11连结于接合装置3的转轴(未图示)。

如图2以及图3所示，主体部10还包括第一保持架21、第一滑动轴31、第二保持架41和第二滑动轴51。

＜第一保持架＞

第一保持架21是安装于转轴12，与转轴12同步地旋转并对搅拌销60进行支承的部位。第一保持架21呈有底圆筒状，其在内部形成有供第一滑动轴31插入的第一收纳凹部22。第一收纳凹部22呈圆柱状，其向搅拌销60一侧(图1中的下侧)开口。在第一保持架21的圆筒主体部(第一收纳凹部22的外周缘部)形成有键槽23。键槽23沿着转轴12的轴向(图中1中的上下方向)形成为长条的长圆形，其从第一保持架21的外周面贯穿至内周面。键槽23也可以不贯穿圆筒主体部，还可以在圆筒主体部的内周面形成为槽状。键槽23在着圆筒主体部的圆周方向上以180°的间隔配置，且互为对置地形成于两处。另外，键槽23的个数并不局限于2，也可以是1，还可以是3以上。

＜第一滑动轴＞

第一滑动轴31是能够沿着转轴方向(图1中的上下方向)滑动地收纳于第一保持架21的中心部的第一收纳凹部22，并且与第一保持架21同步地旋转(一同旋转)的部位。第一滑动轴31呈圆柱状，其具有能收纳于第一收纳凹部22的外径。在第一滑动轴31的外周面设置有向外侧突出的键32。键32在第一滑动轴31的基端部(第一收纳凹部22的纵深侧端部：图1中的上端部)处固定于与键槽23相当的位置，并插入到键槽23。键32呈在转轴方向上较长的长圆形，其包括与键槽23同等的宽度尺寸，并且包括比键槽23的长边方向尺寸更短的长度尺寸。也就是说，键32能在键槽23的宽度方向上嵌合并且能沿着长边方向移动。另外，键32的形状并不局限于长圆形，只要包括与键槽23同等的宽度尺寸，则也可以是圆形、椭圆形、长椭圆、长方形等其他形状。在第一滑动轴31的前端部(远离接合装置3一侧的端部：图1中的下端部)一体地设置有搅拌销60。因此，通过搅拌销60被第一弹性构件61向前端侧施力，以向第一滑动轴31的前端侧被施力。

＜第二保持架＞

第二保持架41是设置成能在第一保持架21的外周相对旋转的圆筒状的部位，其是对轴肩70进行支承的部位。在第二保持架41与转轴12之间夹设有轴承47。轴承47配置成将转轴12包围。由此，第二保持架41设置成能相对于转轴12相对旋转。第一保持架21和第二保持架41能相对旋转，因此，第一保持架21能在第二保持架41的内侧旋转。第二保持架41的圆筒主体部形成得比第一保持架21的圆筒主体部更厚。在第二保持架41的圆筒主体部形成有多个供第二滑动轴51插入的第二收纳凹部42。在本实施方式中，第二收纳凹部42在圆筒主体部的圆周方向上以90°的间距形成于四处。第二收纳凹部42呈圆柱状，其向轴肩70一侧(图1中的下侧)开口。在第二收纳凹部42的外周缘部形成有键槽43。键槽43沿着转轴12的轴向(图中1中的上下方向)形成为长条的长圆形，并从第二收纳凹部42的内周面贯穿至第二保持架41的外周面。另外，键槽43既可以不贯穿，也可以在第二收纳凹部42的内周面形成为槽状。键槽43在各个第二收纳凹部42中形成于第二保持架41的圆筒主体部的外周面侧的一处。此外，第二收纳凹部42的个数并不局限于4，既可以是1，也可以是2或是5以上。

在第二保持架41的下部形成有将轴肩70的外周部覆盖的裙部44。在裙部44的内侧形成有供搅拌销60和轴肩70的上部收纳的轴肩收纳凹部45。轴肩收纳凹部45的纵深侧底面(图1中的上端面)与第一保持架21的前端面共面。另外，轴肩收纳凹部45的纵深侧的底面(图1中的上端面)与第一保持架21的前端面也可以不共面。

＜第二滑动轴＞

第二滑动轴51是以能沿着转轴方向滑动的方式收纳于第二保持架41的第二收纳凹部42的部位。第二滑动轴51呈圆柱状，并具有能收纳于第二收纳凹部42的外径。在第二滑动轴51的外周面设置有向外侧突出的键52。键52在第二滑动轴51的端部(第二收纳凹部42的纵深侧端部：图1中的上端部)处固定于与键槽43相当的位置，并插入到键槽43。键52呈在转轴方向上较长的长圆形，其包括与键槽43同等的宽度尺寸，并且包括比键槽43的长边方向尺寸更短的长度尺寸。也就是说，键52能沿着键槽43的宽度方向嵌合并且能沿着长边方向移动。键52能在将第二滑动轴51插入到第二收纳凹部42的状态下从键槽43的外侧插入，并固定于第二滑动轴51的侧面。键52的形状并不局限于长圆形，只要是包括与键槽43同等的宽度尺寸，则也可以是圆形、椭圆形、长椭圆、长方形等其他形状。在第二滑动轴51的前端部(远离接合装置3的一侧的端部：图1中的下端部)一体地设置有轴肩70。

＜搅拌销＞

搅拌销60是承受来自主体部10的旋转力在旋转的同时被插入到被接合构件，以进行相对于被接合构件的摩擦搅拌的部位。搅拌销60例如由工具钢形成为圆柱状。搅拌销60的前端部62(图1中的下端部)随着朝向前端而变成前端细。搅拌销的前端部62的前端变成与轴向正交的平坦面状。搅拌销60与第一滑动轴31形成为一体，通过第一滑动轴31的滑动移动沿着转轴的轴向移动。搅拌销60的直径比第一滑动轴31的直径大，在搅拌销60与第一滑动轴31的连结部(搅拌销60的基端部)形成有俯视观察时呈环状的台阶部63。

＜第一弹性构件＞

第一弹性构件61是相对于转轴的轴向将搅拌销向前端侧施力的部位。第一弹性构件61例如由螺旋弹簧构成，其配置成将第一滑动轴31的下部的外周面包围。第一弹性构件61安装于搅拌销60的台阶部63与第一保持架21的前端之间。第一弹性构件61能相对于从搅拌销60一侧承受的力将搅拌销向前端侧施力。

第一弹性构件61的弹性设定为，在将搅拌销60以规定的压入负载插入到从由铝、铜、镁及他们的合金构成的组中选出的至少一种材料制成的被接合构件的情况下，在由第一弹性构件61实现的搅拌销60的全可动范围(键32在键槽23内的可动长度)内，使搅拌销60在规定的范围内进行位移而被插入。例如，在第一弹性构件61是螺旋弹簧且施加于第一弹性构件61的负载以100kg～5t插入的情况下，第一弹性构件61的弹性设定为，在第一弹性构件61的挠曲量相对于第一弹性构件61的自由长度在0～30％的范围内变形的状态下，搅拌销60被插入到被接合构件。由此，在将搅拌销60相对于被接合构件2以恒定的高度压入的情况下，即使在被接合构件2的高度发生变化的情况下，通过使第一弹性构件61与被接合构件2的变化相应地变形，能容易地将搅拌销60的插入量保持恒定。

另外，第一弹性构件61并不局限于螺旋弹簧，也可以是板簧、盘簧等金属弹簧，或是橡胶、高分子树脂、海绵状树脂等高分子弹性体(弹性体)。另外，第一弹性构件61也可以是使用了大气压、气体压力或液压的流体弹簧，或是使用了磁力或电磁力的磁性弹簧。

考虑到接合条件，第一弹性构件只要设定为满足搅拌销60插入至规定的深度的变形量与弹性模量之间的关系即可。作为对第一弹性构件的设定产生影响的接合条件，例如列举被接合构件的材质、接合部的形状之类的接合构件的条件，或者搅拌销60的插入深度、旋转工具的形状、转速、移动速度之类的接合形态。

＜轴肩＞

轴肩70是在与被接合构件接触的状态下对被接合构件进行按压的部位。轴肩70与搅拌销60分体构成，并能与搅拌销60分开地沿着转轴的轴向移动地连接于主体部10。轴肩70例如由工具钢形成。轴肩70呈圆筒状，其同轴状地配置成将搅拌销60包围。也就是说，在轴肩70的中空部72插入有搅拌销60。搅拌销60能相对于轴肩70相对旋转且能沿着轴向相对移动。轴肩70的前端面为与搅拌销60的前端部62的锥面的基端部相同高度。也就是说，搅拌销60的前端部62从轴肩70的前端面向前端侧突出。换言之，搅拌销60比轴肩的底面73更朝下方突出。轴肩70与第二滑动轴51形成为一体，通过第二滑动轴51的滑动移动而沿着转轴的轴向移动。第二滑动轴51与轴肩70的基端面(第二保持架41的与第二收纳凹部42对置的面)连结，并向第二收纳凹部42突出。第二滑动轴51在轴肩70的基端面以90°的间距连结于四处(参照图3)。另外，第二滑动轴51的个数并不局限于4，只要是与第二收纳凹部42对应的个数，则既可以是1，也可以是2、3或是5以上。

如上所述，与轴肩70形成为一体的第二滑动轴51插入到第二保持架41的第二收纳凹部42，因此，轴肩70与第二保持架41同步地旋转。

＜第二弹性构件＞

第二弹性构件71是相对于转轴的轴向将轴肩70向前端侧施力的部位。第二弹性构件71与第一弹性构件61同样地例如由螺旋弹簧构成。第二弹性构件71配置成将第二滑动轴51的下部卷绕。第二弹性构件71安装于轴肩70的基端面与第二保持架41的轴肩收纳凹部45的纵深侧底面之间。第二弹性构件71能相对于从轴肩70承受的力将轴肩70向前端侧施力。

第二弹性构件71的弹性设定为，在将搅拌销60以规定的压入负载插入到从由铝、铜、镁及他们的合金构成的组中选出的至少一个材质制成的被接合构件的情况下，在由第二弹性构件71实现的搅拌销60的全可动范围(键52在键槽43内的可动长度)内，使轴肩70在规定的范围内进行位移并对被接合构件2进行按压。例如，在第二弹性构件71是螺旋弹簧且施加于第二弹性构件71的负载以50kg～2t插入的情况下，第二弹性构件71的弹性设定为，在第二弹性构件71的挠曲量相对于第二弹性构件71的自由长度在0～30％的范围内变形的状态下，轴肩70对被接合构件2进行按压。由此，在轴肩70与被接合构件2接触的状态下，轴肩70不会插入到被接合构件2，从而容易地通过轴肩70将被接合构件压住。第二弹性构件71比第一弹性构件61更容易变形。

另外，第二弹性构件71与第一弹性构件61同样地不局限于螺旋弹簧，也可以是板簧、盘簧等金属弹簧，或者橡胶、高分子树脂、海绵状树脂等高分子弹性体(弹性体)。另外，第二弹性构件71也可以是使用了大气压、气体压力或液压的流体弹簧，或者使用了磁力或电磁力的磁性弹簧。

考虑到接合条件，第二弹性构件71只要设定为满足压靠于被接合构件2的轴肩70在与被接合构件2接触的状态下，不用插入到被接合构件2便能将被接合构件2压住的变形量与弹性模量之间的关系即可。作为对第二弹性构件71的设定产生影响的接合条件，例如列举被接合构件2的材质、接合部的形状之类的接合构件的条件，或者搅拌销60的插入深度、旋转工具1的形状、转速、移动速度之类的接合方式。轴肩70只要至少一部分与被接合构件2接触即可，也可以根据与被接合构件2的表面形状之间的关系在与被接合构件2之间产生稍许空间，但优选的是与被接合构件2之间无间隙地接触，从而能将因摩擦搅拌接合而溢出的金属材料压住来防止毛边的产生。此外，轴肩70也可以稍许插入到被接合构件2，但优选的是，以在接合后不产生由被接合构件2与轴肩70的接触导致的凹部的程度，不要很深地插入到被接合构件2。

＜保持部＞

保持部80如图1所示是杆状的臂构件，前端部固定于第二保持架41的外周面。保持部80的基端部连接于接合装置3的固定系统，以将第二保持架41保持为无旋转状态。所述保持部80包含在旋转工具1中。第二保持架41以及轴肩70设置成能相对于转轴12、第一保持架21和搅拌销60相对旋转，另外通过保持部80保持为无旋转状态。由此，即使在搅拌销60旋转的情况下，也能将轴肩70保持为无旋转状态。

[2.接合装置]

接着，对包括所述结构的旋转工具1的接合装置3的结构进行说明。所述接合装置3包括：动力部件(未图示)，所述动力部件输出传递至旋转工具1的转轴12的旋转力；以及位置控制部件(未图示)，所述位置控制部件对旋转工具1的固定部11进行保持并进行旋转工具的位置控制。接合装置3例如由进行位置控制的加工中心构成，位置控制装置由CPU等构成，并基于预先输入的位置信息使动力部件工作并使旋转工具1移动。动力部件使旋转工具1沿着XYZ这三个轴向移动。

[3.接合方法]

接着，参照图4、图5对本发明的接合方法进行说明。在所述接合方法中，使本实施方式的旋转工具1移动至相对于被接合构件2为预先设定的规定的高度位置，一边将旋转工具1的轴肩70相对于被接合构件2按压，一边将旋转的旋转工具1的搅拌销60插入到被接合构件2，以进行相对于被接合构件2的摩擦搅拌接合。

在插入搅拌销60时，如图4A、图4B所示，随着使旋转工具1沿着插入方向向被接合构件2靠近，首先是搅拌销60的前端与被接合构件2接触。当使旋转工具1进一步靠近被接合构件2时，由于第一弹性构件61承受压缩，因此，由将搅拌销60向被接合构件2施力的第一弹性构件61产生的弹性力增大，同时搅拌销60被插入到被接合构件2。这样，使旋转工具1沿着插入方向向被接合构件2靠近并进行接合，直至搅拌销60以期望的深度被插入到被接合构件2。此时，第一弹性构件61设定成：在第一弹性构件61并未完全变形而保留有由第一弹性构件61的变形产生的余力的状态下，能将搅拌销60插入到被接合构件2。

如图4C所示，当使旋转工具1进一步靠近被接合构件2时，轴肩70与被接合构件2接触。通过第二弹性构件71承受压缩以使由将轴肩70向被接合构件2施力的第二弹性构件71产生的弹性力增大，同时轴肩70被压靠于被接合构件2。此时，第二弹性构件71的弹性力被设定成：在第二弹性构件71并未完全变形而保留有由第二弹性构件71的变形产生的余力的状态下，能将轴肩70按压于被接合构件2。此外，第二弹性构件71被设定成：轴肩70在与被接合构件2接触的状态下不插入到被接合构件2，而是能将被接合构件2压住。

在由旋转构件1实现的接合过程中，如图5中的左侧所示，搅拌销60被第一弹性构件61向前端侧施力，并且轴肩70被第二弹性构件71向前端侧施力。由此，在被接合构件2的高度相对于设定值没有误差的情况下，如图5中的左侧所示，搅拌销60的前端部62以期望的深度被插入到被接合构件2。此外，轴肩70在与被接合构件接触的状态下不用插入到被接合构件2，便能将被接合构件2压住。

接着，如图5中的中央部所示，对在进行摩擦搅拌接合的期间内被接合构件2的高度因误差而比设定值稍高的情况进行说明。在此，假设不存在第一弹性构件61而是直接将搅拌销60压入到被接合构件2的情况下，与被接合构件2的高度相对于设定值没有误差的情况相比，搅拌销60的插入量增大了与被接合构件2的高度增高相当的量。与此相对的是，在通过本实施方式的旋转工具1进行接合的情况下，通过使被接合构件2的高度增高以使搅拌销60承受来自被接合构件2的向上的反作用力而被上推，并且第一弹性构件61因所述上推而被压缩，使搅拌销从第一弹性构件61承受向下的弹性力而被下推。在这样随着被接合构件2的高度的变化的向上的反作用力与向下的弹性力平衡的位置，搅拌销60的位置发生改变。第一弹性构件61被设定成使此时的搅拌销60的插入量与被接合构件2的高度相对于设定值没有误差的情况下的插入量相比为相同程度。假设若第一弹性构件61的弹性力太弱，则随着被接合构件2的高度的变化的向上的反作用力这一方变大，使得插入量变小。另一方面，若第一弹性构件61的弹性力太强，随着被接合构件2的高度的变化的向下的弹性力这一方变大，使得插入量变大。也就是说，第一弹性构件61被设定成：即使在被接合构件2的高度发生变动而变高的情况下，在旋转工具1中，使搅拌销60与被接合构件2的设定值的高度相应地以设定的期望的深度插入到被接合构件2。

此外，在此，假设不存在第二弹性构件71而直接将轴肩70压入到被接合构件2的情况下，与被接合构件2的高度相对于设定值没有误差的情况相比，轴肩70的插入量增大了与被接合构件2的高度增高相当的量。与此相对的是，在通过本实施方式的旋转工具1进行接合的情况下，通过被接合构件2的高度增高以使轴肩7承受来自被接合构件2的向上的反作用力而被上推，并且第二弹性构件71因所述上推而被压缩，使轴肩70承受来自从第二弹性构件71的向下的弹性力而被下推。这样，在随着被接合构件2的高度的变化的向上的反作用力与向下的弹性力平衡的位置，轴肩70的位置发生改变。第二弹性构件71被设定成使此时的轴肩70与被接合构件2的高度相对于设定值没有误差的情况相比同样地被压住。假设若第二弹性构件71的弹性力太弱，则随着插入深度的变化的向上的反作用力这一方变大，使得压住变得不充分，由此，无法抑制轴肩70产生毛边。此外，若第二弹性构件71的弹性力太弱，则随着被接合构件2的高度的变化的向上的反作用力这一方变大，使得压住变得不充分，由此，在接合部产生缺陷。另一方面，若第二弹性构件71的弹性力太强，则随着被接合构件2的高度的变化的向下的弹性力变大，使得插入力变大，由此，轴肩70被插入到被接合构件2。也就是说，在旋转工具1中，第二弹性构件71被设定成：即使在被接合构件2的高度发生变动的情况下，轴肩70在与被接合构件2接触的状态下不用插入到被接合构件2便能将被接合构件2压住。

另外，当被接合构件2的高度比设定值低时，如图5中的右侧所示，第一弹性构件61伸长，搅拌销60下降，并且第二弹性构件71伸长，轴肩70下降。这样，第一弹性构件61被设定成：即使在被接合构件2的高度发生变动而变低的情况下，在旋转工具1中，搅拌销60与被接合构件2的设定值的高度对应地以设定的期望的深度插入到被接合构件2。此外，第二弹性构件71被设定成：即使在被接合构件2的高度发生变动而变低的情况下，在旋转工具1中，轴肩70在与被接合构件2接触的状态下，不用插入到被接合构件2便能将被接合构件2压住。

随后，在搅拌销的拔出位置处，随着使旋转工具1远离被接合构件2，首先是轴肩70从被接合构件2脱离。若使旋转工具1进一步远离被接合构件2，则搅拌销60的插入量将逐渐变小。接着，若使旋转工具1更进一步远离被接合构件2，则搅拌销60将从被接合构件2脱离。

如上所述，在旋转工具1中，通过第一弹性构件61的作用使搅拌销60相对于被接合构件2以恒定的深度被插入，因此，塑性化区域形成为恒定的深度。因此，能获得稳定的接合品质。此外，在旋转工具1中，通过利用第二弹性构件71的作用一边使轴肩70保持对被接合构件2进行按压的状态，一边将搅拌销60插入到被接合构件2并进行摩擦搅拌，轴肩70能将承受由搅拌销60实现的摩擦搅拌而从搅拌销60的插入部位溢出的金属材料压住。因此，能减轻毛边的产生。

[4.作用和效果]

根据本实施方式的旋转工具1、接合装置3和接合方法，在设置成能相对于转轴12的轴向移动的搅拌销60被第一弹性构件61向前端侧施力，由此，在将搅拌销60的前端部62插入到被接合构件2时，根据第一弹性构件61的弹性，使搅拌销60被插入至规定的深度。通过考虑到接合构件或接合形态之类的接合条件来设定第一弹性构件61，能将搅拌销60插入到期望的深度。也就是说，旋转工具1能进行使用了第一弹性构件61的模拟负载控制。

在将没有弹性构件的旋转工具安装于仅能进行位置控制的、例如加工中心等的接合装置的情况下，基于加工中心的设定值，旋转工具1的支承高度变得恒定，搅拌销60的插入位置大致恒定。与此相对的是，当使用本实施方式的旋转工具1时，即使由加工中心实现的旋转工具1的支承高度恒定，第一弹性构件61根据被接合构件2的高度适当地伸缩，使得搅拌销60沿着轴向移动。这样，通过利用第一弹性构件61的弹性，能实现能对搅拌销60向被接合构件2插入的插入深度进行控制的负载控制。

此外，旋转工具1包括轴肩70，所述轴肩70配设成不会承受来自主体部(转轴)12的旋转力，而是能相对于转轴12的轴向与搅拌销60分开移动，以对被接合构件2进行按压。通过轴肩70将承受由搅拌销60实现的摩擦搅拌而从搅拌销60的插入部位溢出的金属材料压住，能减轻毛边的产生。这样，通过轴肩70使得摩擦搅拌接合后的表面处理变得很好。

另外，旋转工具1包括将轴肩70向前端侧施力的第二弹性构件71。由此，由于轴肩70也能通过第二弹性构件71进行负载控制，因此，摩擦搅拌接合后的表面处理变得更好。

主体部10还具有：圆筒状的第一保持架21；以及第一滑动轴31，所述第一滑动轴31能沿着转轴方向滑动地收容于第一保持架21的中心部，并且与第一保持架21同步地旋转，搅拌销60设置于第一滑动轴31的前端。由此，能将来自主体部10的旋转力传递至搅拌销60，并且能使搅拌销60沿着转轴方向滑动。

在旋转工具1中，第一弹性构件61配置成将第一滑动轴31的下部包围。由此，第一弹性构件61位于第一滑动轴31与搅拌销的中间部附近，并且第一弹性构件61沿着第一滑动轴31的周向均等地发挥作用。因此，即使第一滑动轴31移动，第一弹性构件61也会向前端侧稳定地对搅拌销60施力。因此，能容易地设置第一弹性构件61，并且能提高搅拌销60的负载控制的精度。

在旋转工具1中，第一弹性构件61收容于第一保持架21的内部，其配置于第一滑动轴31的基端部与第一保持架21的固定部一侧之间。由此，第一弹性构件61位于第一滑动轴31与搅拌销60的中间部附近，并且第一弹性构件61能通过第一保持架21承受从搅拌销60一侧承受的力。因此，即使第一滑动轴31移动，第一弹性构件61也会向前端侧稳定地对搅拌销60施力，因而，能提高搅拌销60的负载控制的精度。

此外，在第一保持架21形成有键槽23，在第一滑动轴31形成有键32。由此，第一滑动轴31和搅拌销60随着转轴12和第一保持架21的旋转同步地旋转，并且在稳定的状态下允许向轴向的移动。因此，搅拌销60的动作更加稳定。

另外，主体部10具有第二保持架41和第二滑动轴51。轴肩70能相对于第一保持架21和转轴12相对旋转，并能在无旋转的状态下稳定地沿着转轴12的轴向滑动。

轴肩70呈圆筒状，搅拌销60将轴肩70的中空部72插通，搅拌销60的前端部62比轴肩70的底面更朝靠下方突出，因此，搅拌销60能在轴肩70的内部稳定地旋转，并且轴肩70的底面能对摩擦搅拌区域的周围进行按压。

旋转工具1包括将轴肩70保持为无旋转状态的保持部80，因此，容易将轴肩70保持为无旋转状态，从而使摩擦搅拌接合后的被接合构件2的表面处理更好。

在旋转工具1中，第一弹性构件61优选的是通过从固体弹簧、流体弹簧、磁力和电磁力中选出的至少一个赋予弹性力的弹性构件。根据上述结构，容易对第一弹性构件61的弹性进行调节。

接着装置3包括旋转工具1、动力部件以及位置控制部件，通过位置控制部件使旋转工具1移动至相对于被接合构件2为规定的高度位置，并将旋转工具1的轴肩70按压于被接合构件2，同时将旋转工具1的搅拌销60插入到被接合构件2，从而进行相对于被接合构件2的摩擦搅拌接合。根据本接合装置3，通过利用第一弹性构件61的弹性，能一边进行对搅拌销60朝向被接合构件2插入的插入深度进行控制的负载控制，一边进行摩擦搅拌接合。此外，通过轴肩70将承受由搅拌销60实现的摩擦搅拌而从搅拌销60的插入部位溢出的金属材料压住，能减轻毛边的产生，从而使摩擦搅拌接合后的表面处理变好。

本接合方法使旋转工具1移动至相对于被接合构件2为规定的高度位置，一边将轴肩70相对于被接合构件2按压，一边将旋转的搅拌销60插入到被接合构件2，从而进行相对于被接合构件2的摩擦搅拌接合。根据本接合方法，通过利用第一弹性构件61的弹性，能一边进行对搅拌销60朝向被接合构件2插入的插入深度进行控制的负载控制，一边进行摩擦搅拌接合。此外，通过轴肩70将承受由搅拌销60实现的摩擦搅拌而从搅拌销60的插入部位溢出的金属材料压住，能减轻毛边的产生，从而使摩擦搅拌接合后的表面处理变好。

如以上说明的那样，根据旋转工具1、接合装置3和接合方法，即使在安装于仅进行位置控制的加工中心的状态下也能进行负载控制。

[5.变形例]

接着，参照图6对保持部的变形例进行说明。作为变形例的保持部85，也可以如图6所示是在第二保持架41a的下端部设置有外形呈矩形形状的矩形部48，并沿着旋转工具1a的移动轨迹设置有引导构件86的形状。引导构件86由长条构件构成，以从两侧夹住第二保持架41a的矩形部48的方式空开与矩形部48的宽度大致相同长度的间隔地分别配置于两侧。引导构件86是接合装置3所包括的保持部。上述构成的第二保持架41a的矩形部48的外周面一边在引导构件86的侧面上滑动，一边不旋转地沿着移动轨迹移动。在第二保持架41a的内部与图1的第二保持架41同样地插入有搅拌销60、第一保持架21和轴承。其他结构与图1的旋转工具1相同，因此，标注相同标记并省略说明。

[6.其他]

以上对本发明的实施方式进行了说明，但能够在不违背本发明主旨的范围内适当进行设计变更。在所述实施方式中，在第一保持架21形成有键槽23，在第一滑动轴31形成有键32，但并不局限于此。也可以在第一保持架21形成键，在第一滑动轴31形成键槽。此外，第二保持架41和第二滑动轴51也同样地将键和键槽的位置关系互换，在第二保持架41形成键，在第二滑动轴51形成键槽。上述情况下也能获得与前述实施方式相同的作用效果。

此外，在前述实施方式中，例示了旋转工具1包括固定于第二保持架41的保持部80，该保持部连接于接合装置3并将轴肩70保持成无旋转状态的情况，但并不局限于此。例如，也可以接合装置3包括固定于接合装置3的固定系统的杆状的臂构件以作为第二保持部，所述第二保持部连接于旋转工具1的第二保持架41并将轴肩70保持成无旋转状态。所述第二保持部包含在接合装置3中。此外，也可以旋转工具1包括固定于第二保持架41的杆状的臂构件以作为保持部80，并且接合装置3包括固定于接合装置3的固定系统的杆状的臂构件以作为第二保持部，通过两个保持部相互连接，以将轴肩70保持成无旋转状态。所述保持部包含在旋转工具1和接合装置3中。这样，也可以同时设置包含在旋转工具1中的保持部和包含在接合装置3中并与包含在旋转工具1中的保持部协同动作的第二保持部。此外，固定手段也可以是固定于轴肩70的杆状的臂构件(包含在旋转工具1中)或是将接合装置3的固定系统与轴肩70连接的杆状的臂构件(包含在接合装置3中)等其他形状，以作为保持部80。如上所述，由于本接合装置3包括将轴肩70保持成无旋转状态的第二保持部，因此，容易将轴肩70保持成无旋转状态，从而使摩擦搅拌接合后的被接合构件2的表面处理更好。

另外，在前述的实施方式中，第一弹性构件61配置成将第一滑动轴31的下部包围，并设置于第一保持架21的下端与搅拌销60的台阶部63之间，但并不局限于此。第一弹性构件61只要是将搅拌销60朝前端侧施力的位置，则可以配置于任意地方，例如也可以收容于第一保持架21的内部，并安装于第一滑动轴31的基端部与第一保持架的固定部一侧之间(第一滑动轴31的基端部与第一收纳凹部22的纵深侧底部之间)。此外，第二弹性构件71同样地也可以安装于第二滑动轴51的基端部与第二收纳凹部42的纵深侧底面之间。此外，也可以在第一滑动轴31的上端部形成有向上端部侧伸长为柱状形状的伸长部，将所述第一滑动轴31的伸长部包围，并且在与第一保持架21的固定部一侧之间安装第一弹性构件61。此时，也可以与第一保持架21的内径相应地将伸长部形成为比第一滑动轴31更小的直径。上述情况下也能获得与前述实施方式相同的作用效果。

在前面的实施方式中，对搅拌销60的前端部62比轴肩70的底面更朝下方突出的情况进行了例示，但并不局限于此。旋转工具1也可以在与被接合构件2不接触的状态下轴肩70的底面比搅拌销60的前端部62更朝下方突出。由此，在将旋转工具1从被接合构件2拔出时，若使旋转工具1远离被接合构件2，则在轴肩70对被接合构件2进行按压的状态下，搅拌销60比轴肩70更先从被接合构件2脱离。此时，通过一边保持着轴肩70对被接合构件2进行按压的状态一边将搅拌销60拔出，轴肩70能对因搅拌销60的插入而流动并溢出的金属材料压住。因而，容易通过轴肩70压住的金属材料来填埋将搅拌销60拔出时所产生的拉拔孔。特别是，在摩擦搅拌接合时插入旋转工具1的位置处进行接合，不从插入位置移动而是拔出并以点的方式进行摩擦搅拌的情况下，容易防止形成拉拔孔。

(符号说明)

1旋转工具；

2被接合构件；

3接合装置；

10主体部

11固定部

12转轴；

21第一保持架；

23键槽；

31第一滑动轴；

32键；

41第二保持架；

43键槽；

51第二滑动轴；

52键；

60搅拌销；

61第一弹性构件；

70轴肩；

71第二弹性构件；

80保持构件；

85第二保持构件。

Claims (13)

1.一种旋转工具，用于进行被接合构件的摩擦搅拌接合的接合装置中，其特征在于，包括：

主体部，所述主体部具有固定部和转轴，所述固定部安装并固定于所述接合装置，所述转轴传递来自所述接合装置的旋转力；

搅拌销，所述搅拌销能承受来自所述主体部的旋转力而旋转且能相对于所述转轴的轴向移动地配设于所述主体部，并被插入到所述被接合构件以进行相对于所述被接合构件的摩擦搅拌；

轴肩，所述轴肩与所述搅拌销分体构成，不会承受来自所述主体部的旋转力，能相对于所述转轴的轴向与所述搅拌销分开移动地配设于所述主体部，并在与所述被接合构件接触的状态下对所述被接合构件进行按压；以及

第一弹性构件，所述第一弹性构件能相对于所述转轴的轴向将所述搅拌销向前端侧施力。

2.如权利要求1所述的旋转工具，其特征在于，

还包括第二弹性构件，所述第二弹性构件相对于所述转轴的轴向将所述轴肩向前端侧施力。

3.如权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，

所述主体部还具有：圆筒状的第一保持架，所述第一保持架安装于所述转轴；以及第一滑动轴，所述第一滑动轴能沿着转轴方向滑动地收容于所述第一保持部的中心部，并且与所述第一保持架同步地旋转，

所述搅拌销设置于所述第一滑动轴的前端，

所述第一滑动轴经由所述第一弹性构件被向所述搅拌销的前端侧施力。

4.如权利要求3所述的旋转工具，其特征在于，

所述第一弹性构件配置成将所述第一滑动轴的下部包围。

5.如权利要求3所述的旋转工具，其特征在于，

所述第一弹性构件收容于所述第一保持架的内部，并配置于所述第一滑动轴的基端部与所述第一保持架的固定部一侧之间。

6.如权利要求3所述的旋转工具，其特征在于，

在所述第一保持架和所述第一滑动轴中的任一方沿着所述转轴的轴向形成有长条的键槽，

在所述第一保持架和所述第一滑动轴中的另一方形成有键，所述键沿着与所述转轴的轴向交叉的方向设置并且嵌入到所述键槽，

随着所述第一滑动轴朝向转轴的轴向的移动，所述键在所述键槽的内部沿着所述转轴的轴向移动，

随着所述保持架的旋转，所述键与所述键槽在周向上抵接，由此，所述第一保持架与所述第一滑动轴同步地旋转。

7.如权利要求3所述的旋转工具，其特征在于，

所述主体部还具有：圆筒状的第二保持架，所述第二保持架能相对旋转地设置于所述第一保持架的外周；以及第二滑动轴，所述第二滑动轴能沿着转轴的轴向滑动地收容于所述第二保持架的内部，

所述轴肩设置于所述第二滑动轴的前端，

所述第二滑动轴经由所述第二弹性构件被向所述轴肩的前端侧施力。

8.如权利要求1所述的旋转工具，其特征在于，

所述轴肩呈圆筒状，

所述搅拌销将所述轴肩的内部插通，并比所述轴肩的底面更朝下方突出。

9.如权利要求1所述的旋转工具，其特征在于，

包括保持部，所述保持部将所述轴肩保持成无旋转状态。

10.如权利要求1所述的旋转工具，其特征在于，

所述第一弹性构件是通过从固体弹簧、流体弹簧、磁力和电磁力中选出的至少一个赋予弹性力的弹性构件。

11.一种接合装置，所述接合装置包括权利要求1至10中任一项所述的旋转工具，其特征在于，包括：

动力部件，所述动力部件输出传递至所述旋转工具的所述转轴的旋转力；以及

位置控制部件，所述位置控制部件对所述旋转工具的所述固定部进行保持并进行所述旋转工具的位置控制，

通过所述位置控制部件使所述旋转工具移动至相对于所述被接合构件为规定的高度位置，一边将所述旋转工具的轴肩相对于所述被接合构件按压，一边将所述旋转工具的搅拌销插入到所述被接合构件，从而进行相对于所述被接合构件的摩擦搅拌接合。

12.如权利要求11所述的接合装置，其特征在于，

还包括将所述轴肩保持成无旋转状态的第二保持部。

13.一种接合方法，其特征在于，

使权利要求1至10中任一项所述的旋转工具移动至相对于所述被接合构件为规定的高度位置，一边将所述轴肩相对于所述被接合构件按压，一边将旋转的所述搅拌销插入到所述被接合构件，从而进行相对于所述被接合构件的摩擦搅拌接合。