CN118159382A - 旋转工具、接合装置以及接合方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种用于进行被接合构件的摩擦搅拌接合的接合装置中的旋转工具(1)，其特征是，包括：主体部(10)；进行相对于被接合构件的摩擦搅拌的搅拌销(50)；以及对被接合构件进行按压的轴肩(60)，搅拌销(50)和轴肩(60)构成组件(70)，所述旋转工具还包括：向搅拌销(50)的前端侧对组件(70)施力的第一弹性构件(51)；以及对组件(70)向转轴的轴向的基端侧移动的情况进行限制的第一限制构件(100)，第一限制构件(100)以随着组件的移动而第一弹性构件(51)产生的变形量不超过第一弹性构件(51)的最大允许量的方式，对组件(70)的移动进行限制。

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、接合装置以及接合方法。

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，已知进行载荷控制的装置和进行位置控制的装置。载荷控制主要用于在由机器人(机器人手臂)实现的接合装置中，位置控制主要用于由加工中心(MC)实现的接合装置中。

作为进行载荷控制的接合装置，例如存在专利文献1所公开的装置。专利文献1的接合装置是为了对应接合条件以适当的精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。上述接合装置为了进行压入深度的控制，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。接合装置为了进行所述控制而包括加压力检测部、压力基准点设定部、工具驱动控制部等。此外，工具驱动部包括旋转驱动部、销驱动部、轴肩驱动部及曲柄驱动部(弹性构件：螺旋弹簧)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

专利文献1的接合装置为了进行载荷控制，结构复杂且高价。因此，近年来，期待一种能安装于仅能进行位置控制的相对廉价的MC且能进行载荷控制的旋转工具。

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载荷控制的旋转工具、接合装置以及接合方法。

解决技术问题所采用的技术方案

用于解决所述技术问题的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，所述搅拌销受到来自所述主体部的旋转力而能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；以及轴肩，所述轴肩与所述搅拌销分体构成，不承受来自所述主体部的旋转力，能相对于所述转轴的轴向移动地设置于所述主体部，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，所述搅拌销和所述轴肩安装成能相对旋转，并且相对于所述转轴的轴向一体地移动，以构成组件，所述旋转工具还包括：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向所述搅拌销的前端侧对所述组件施力；以及第一限制构件，所述第一限制构件对所述组件向所述转轴的轴向的基端侧移动的情况进行限制，所述第一限制构件以随着所述组件的移动而所述第一弹性构件产生的变形量不超过所述第一弹性构件的最大允许量的方式，对所述组件的移动进行限制。

此外，优选的是，所述主体部还具有：中空筒状的保持架，所述保持架安装于所述转轴；以及滑动轴，所述滑动轴以能沿着转轴方向滑动的方式收容于所述保持架的中心部，并且与所述保持架同步地旋转，所述组件设置于所述滑动轴的前端，所述滑动轴经由所述第一弹性构件向所述组件的前端侧被施力，所述第一限制构件对所述滑动轴向所述转轴的轴向的基端侧移动的情况进行限制。

此外，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向所述搅拌销的前端侧对所述轴肩施力；以及第二限制构件，所述第二限制构件对所述轴肩向所述转轴的轴向的基端侧移动的情况进行限制，所述第二限制构件以随着所述轴肩的移动而所述第二弹性构件产生的变形量不超过所述第二弹性构件的最大允许量的方式，对所述轴肩的移动进行限制。

此外，优选的是，所述第一限制构件设置于所述保持架内，通过随着所述滑动轴的移动，使所述滑动轴的基端部及所述保持架的基端侧的底部与所述第一限制构件接触，从而所述滑动轴的移动被限制。

此外，优选的是，所述第一限制构件设置于所述保持架的基端侧的底部，通过随着所述滑动轴的移动，使所述滑动轴的基端部与所述第一限制构件接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

此外，优选的是，所述第一限制构件设置于所述滑动轴的基端部，通过随着所述滑动轴的移动，使所述保持架的基端侧的底部与所述第一限制构件接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

此外，优选的是，所述第一限制构件设置于所述滑动轴的外周面，通过随着所述滑动轴的移动，使所述第一限制构件与所述保持架的中间部接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

此外，优选的是，所述第一限制构件设置于所述滑动轴的外周面，通过随着所述滑动轴的移动，使所述第一限制构件与所述保持架的前端部接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

此外，优选的是，所述第一限制构件设置于所述滑动轴的前端部，通过随着所述滑动轴的移动，使所述第一限制构件与所述保持架的前端部接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

此外，优选的是，所述搅拌销是所述第一限制构件，通过随着所述滑动轴的移动，使所述搅拌销与所述保持架的前端部接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

此外，本发明是一种接合装置，包括技术方案1至10中任一项所述的旋转工具，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以相对于所述被接合构件达到规定的高度位置的方式移动，将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。

此外，本发明是一种接合方法，其特征是，使技术方案1至10中任一个所述的旋转工具以相对于所述被接合构件达到规定的高度位置的方式移动，将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、接合装置以及接合方法，能进行利用了弹性构件的载荷控制。此外，根据本发明的旋转工具、接合装置及接合方法，即使相对于相对较硬的被接合构件，也能在利用弹性构件的同时将搅拌销插入。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式的旋转工具的剖视图。

图2是示出第一实施方式的旋转工具最收缩的状态的剖视图。

图3是示出第一实施方式的旋转工具的立体图。

图4是示出第一实施方式的旋转工具的分解立体图。

图5是示出第一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是示出第一实施方式的旋转工具的摩擦搅拌接合时的时间和产生反作用力的图表。

图7是示出本发明的第一实施方式的第一变形例的旋转工具的立体图。

图8是示出本发明的第一实施方式的第二变形例的旋转工具的剖视图。

图9是示出本发明的第二实施方式的旋转工具的剖视图。

图10是示出本发明的第三实施方式的旋转工具的剖视图。

图11是示出本发明的第四实施方式的旋转工具的剖视图。

图12是示出第四实施方式的旋转工具最收缩的状态的剖视图。

图13是示出本发明的第五实施方式的旋转工具的剖视图。

图14是示出第五实施方式的旋转工具最收缩的状态的剖视图。

图15是示出本发明的第六实施方式的旋转工具的剖视图。

图16是示出第六实施方式的旋转工具最收缩的状态的剖视图。

图17是示出本发明的第七实施方式的旋转工具的剖视图。

图18是示出第七实施方式的旋转工具最收缩的状态的剖视图。

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.第一实施方式]

[1-1.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3(参照图1)中，其一边旋转一边插入到被接合构件2的对接部。所述旋转工具1包括主体部10、搅拌销50、轴肩60、第一弹性构件51以及第一限制构件100。搅拌销50和轴肩60安装成能相对旋转并且一体地相对于转轴的轴向移动，以构成组件70。此外，旋转工具1包括保持部80(参照图3)。

＜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连结并设置于固定部11的与安装于接合装置3的一侧不同的另一端侧(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50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还包括保持架21和滑动轴31。

＜保持架＞

保持架21是安装于转轴12，与转轴12同步地旋转并对滑动轴31和搅拌销50进行支承的部位。保持架21呈上部封闭的有底圆筒状(中空筒状)，内部的中空部为供滑动轴31插入的收纳凹部22。收纳凹部22呈圆柱状，其在转轴12的轴向的下侧(图1中的下侧)开口。在保持架21的圆筒主体部形成有键槽23。键槽23沿着转轴12的轴向(图1中的上下方向)形成为长条的长圆形，其从保持架21的外周面贯穿至内周面。另外，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。

＜滑动轴＞

滑动轴31是能沿着转轴方向(图1中的上下方向)滑动地收纳于保持架21的中心部的收纳凹部22，并且与保持架21同步地旋转(公转)的部位。滑动轴31呈圆柱状，其具有能收纳于收纳凹部22的外径。在滑动轴31的外周面设置有向外侧突出的键32。键32在滑动轴31的基端部(转轴12一侧的端部：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。在滑动轴31的前端部(远离接合装置3的一侧的端部：图1中的下端部)一体地设置有搅拌销50。因此，搅拌销50通过被第一弹性构件51向前端侧施力，以向滑动轴31的前端侧(远离接合装置3的一侧：图1中的下侧)被施力。

＜搅拌销＞

搅拌销50是承接来自主体部10的旋转力，一边旋转一边插入到被接合构件2，并进行相对于被接合构件2的摩擦搅拌的部位。搅拌销50例如由工具钢形成为圆柱状。搅拌销50的前端部52(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52的前端变成与轴向正交的平坦面状。在搅拌销50的基端部一体地形成有扩径的檐部53。檐部53与滑动轴31形成为一体，搅拌销50和檐部53通过滑动轴31的滑动移动而沿着转轴的轴向移动。檐部53的直径比滑动轴31的直径大，在檐部53与滑动轴31的连结部(檐部53的基端部)形成有俯视观察时呈环状的台部54。檐部53作为受到来自滑动轴31的基端侧(靠近接合装置3的一侧：图1中的上侧)的第一弹性构件51的弹性力的承受部而发挥作用。此外，檐部53还作为对在搅拌销50的前端侧(图1中的下侧)设置的轴肩60进行支承的支承部发挥作用。

＜轴肩＞

轴肩60是在与被接合构件2接触的状态下按压被接合构件2的部位。轴肩60构成为与搅拌销50分体，并设置成能与搅拌销50相对旋转，并且不会受到来自主体部10的旋转力。轴肩60无法相对于转轴12的轴向和搅拌销50相对移动，而是与搅拌销50一起沿着轴向移动。也就是说，轴肩60能相对于保持架21沿着轴向移动。具体而言，轴肩60例如由工具钢形成。轴肩60呈圆筒状，其同轴状地配置成将搅拌销50包围。也就是说，在轴肩60的中空部61插入有搅拌销50。中空部61的基端部(图1中的上端部)开口，在搅拌销50与轴肩60之间夹设有轴承63。轴承63配置成将搅拌销50包围。由此，轴肩60能相对于搅拌销50旋转但无法沿着轴向相对移动。

轴肩60的前端部(前端面)为与搅拌销50的前端部52的锥面的基端部同一高度。也就是说，搅拌销50的前端部52从轴肩60的前端面向前端侧突出。通过滑动轴31的滑动移动，轴肩60与一体连结于滑动轴31的搅拌销50一起沿着转轴12的轴向移动。

如上所述，搅拌销50与轴肩60一体化并且一起形成沿着转轴12的轴向移动的组件70。也就是说，组件70设置于滑动轴31的前端。

＜第一弹性构件＞

第一弹性构件51是相对于转轴的轴向将包括搅拌销50和轴肩60的组件70向前端侧施力的部位。第一弹性构件51例如由螺旋弹簧构成，收纳于保持架21的内部，并安装于滑动轴31的基端部31b与保持架21的收纳凹部22的底部22a之间。第一弹性构件51能相对于从组件70一侧受到的力将轴肩70向前端侧施力。

第一弹性构件51的弹性设定为，在将搅拌销50以规定的压入载荷插入到由铝、铜、镁以及从由这些合金构成的组中选出的至少一种材料制成的被接合构件2的情况下，在由第一弹性构件51实现的搅拌销50的全可动范围内，搅拌销50在规定的范围内进行位移，并被插入。

例如，设定为，在第一弹性构件51是螺旋弹簧的情况、施加于第一弹性构件51的载荷以100kg～5t插入的情况下，在第一弹性构件51的挠曲量相对于第一弹性构件51的自由长度在0～30％的范围内变形的状态下，搅拌销50被插入到被接合构件2，并且轴肩60对被接合构件2进行按压。由此，在以恒定的高度将搅拌销50压入到被接合构件2的情况下，即使在被接合构件2的高度变化的情况下，通过第一弹性构件51配合被接合构件的变化而变形，也易于将搅拌销50的插入量保持为恒定。

另外，第一弹性构件51并不局限于螺旋弹簧，也可以是板簧、盘簧等金属弹簧，橡胶、高分子树脂、海绵状树脂等高分子弹性体(弹性体)。而且，第一弹性构件51也可以是使用了大气压力、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，第一弹性构件51只要设定为满足搅拌销50插入至规定的深度的变形量与弹性模量之间的关系即可。此外，考虑到接合条件，第一弹性构件51只要设定为满足在压靠于被接合构件2的轴肩60在与被接合构件2接触的状态下，不插入到被接合构件2但能压住被接合构件2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51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50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。

另外，轴肩部60只要至少一部分与被接合构件2接触即可，也可以对应与被接合构件2的表面形状之间的关系在与被接合构件2之间产生细微的空间，但优选与被接合构件2之间无间隙地接触，以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60也可以稍稍插入到被接合构件2，但优选不要深入地插入到被接合构件2，其程度为在接合后不产生由被接合构件2与轴肩60的接触导致的凹部的程度。

＜第一限制构件＞

第一限制构件(第一游隙嵌合限制构件)100如图1等所示是对搅拌销50超过规定的范围向转轴12的基端侧移动的情况进行限制的构件。第一限制构件100在本实施方式中在保持架21的内部以游隙嵌合状态配置于第一弹性构件51的中空部。第一限制构件100由金属、树脂、橡胶等比较硬质的材料形成，以能承受摩擦搅拌接合时的反作用力。第一限制构件100在本实施方式中呈圆柱状，但只要是配合配置场所的形状适当形成即可。第一限制构件100以随着搅拌销50的移动在第一弹性构件51产生的变形量不超过第一弹性构件51的最大挠曲量(最大允许量)的方式，对搅拌销50的移动进行限制，。

例如，本实施方式的第一弹性构件51的最大挠曲量是在相对于第一弹性构件51的自由长度发生了30％变形时进行设定的。所谓最大挠曲量是指，在表现第一弹性构件51的弹性力时最压缩的量。当超过最大挠曲量时，第一弹性构件51的弹性力并未按性能发挥，或者比预想更快地破损。

如图2所示，第一限制构件100中，在本实施方式中，在相对于第一弹性构件51的自由长度而第一弹性构件51的挠曲量达到30％的情况下，第一限制构件100的前端部(前端面)100a与滑动轴31的基端部31b抵接，并且基端部(基端面)100b与底部22a抵接。由此，能防止第一弹性构件51超过最大挠曲量而变形。第一弹性构件51的最大挠曲量是能根据第一弹性构件51及第一限制构件100来适当设定的。第一弹性构件51的最大挠曲量例如既可以设为25％，也可以设为20％，也可以设为15％，也可以设为10％，也可以设为5％。

另外，在本实施方式中使用第一弹性构件51，因此，采用了“最大挠曲量”。此外，如前所述，例如，在使用其他构件(使用了大气压力、气体压力、液压的流体弹簧，使用了磁力、电磁力的磁性弹簧)作为第一弹性构件的情况下，将超过其量时不会表现弹性力或者弹性构件破损的量定义为“最大允许量”。

此外，第一限制构件100在本实施方式中采用金属等固体并通过接触来对搅拌销50的移动进行限制，但例如，也可以通过使用了大气压力、气体压力、液压的流体弹簧，使用了磁力、电磁力的磁性弹簧以非接触的方式对搅拌销50的移动进行限制。

此外，第一限制构件100只要对轴肩70的移动进行限制，则其形状、配置并不受限定。例如，第一限制构件100既可以是主体部10、搅拌销50的一部分作为第一限制构件100发挥作用的构件，也可以是通过第一限制构件100与主体部10、搅拌销50形成为一体而被设置的构件，还可以是第一限制构件100相对于主体部10、搅拌销50安装分体的构件的形态设置。

＜保持部＞

保持部80如图3所示是杆状的臂状的构件，前端部固定于轴肩60的外周面。保持部80的基端部连接于接合装置3一侧的固定系统，以将轴肩60保持为无旋转状态。所述保持部80包含在旋转工具1中。轴肩60设置成能相对于转轴12、保持架21和搅拌销50相对旋转，而且，被保持部80保持为无旋转状态。由此，即使在搅拌销50旋转的情况下，也能将轴肩60保持为无旋转状态。

[1-2.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。

[1-3.接合方法]

接着，参照图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以相对于被接合构件2达到预先设定的规定的高度位置的方式移动，一边将旋转工具1的轴肩60按压于被接合构件2，一边将旋转工具1的搅拌销50插入到被接合构件2，并进行相对于被接合构件2的摩擦搅拌接合。

在插入搅拌销50时，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，搅拌销50的前端与被接合构件2接触。当使旋转工具1继续靠近被接合构件2时，由于第一弹性构件51受到压缩，因此，由向被接合构件2对搅拌销50施力的第一弹性构件51产生的弹性力变大，同时搅拌销50插入到被接合构件。

当使旋转工具1进一步靠近被接合构件2时，轴肩60与被接合构件2接触。由于第一弹性构件51受到压缩，因此，由向被接合构件2对搅拌销50和轴肩60施力的第一弹性构件51产生的弹性力进一步变大，同时轴肩60被压靠于被接合构件2。此时，为了使第一弹性构件51的挠曲量不超过最大挠曲量，在保留由第一弹性构件51的变形产生的余力的状态下，将搅拌销50插入到被接合构件2，并且以能将轴肩60按压于被接合构件2的方式设定第一弹性构件51以及接合条件。或者，为了使第一弹性构件51的挠曲量不超过最大挠曲量，在通过第一限制构件100限制了组件70的移动的状态下，通过搅拌销50按压于被接合构件2，以将搅拌销50插入到被接合构件2。此外，以如下方式设定第一弹性构件51以及接合条件，即轴肩60在与被接合构件2接触的状态下并未插入到被接合构件2，而是能压住被接合构件2。

在由旋转工具1实现的接合过程中，图5中，如左侧所示，包括搅拌销50和轴肩60的组件70被第一弹性构件51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50的前端部52以期望的深度被压入到被接合构件2。此外，轴肩60在与被接合构件2接触的状态下，能不插入到被接合构件2地压住被接合构件2。

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，假设在不存在第一弹性构件51而将搅拌销50直接压入到被接合构件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50和轴肩60的插入量变大了被接合构件2的高度变大的量。

与此相对，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的高度变高而使包括搅拌销50的组件70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51因所述上推而被压缩，使组件70承受来自第一弹性构件51的向下的弹性力而被下推。在随着被接合构件2的高度的变化的朝上的反作用力与朝下的弹性力平衡的位置处，搅拌销50和轴肩60的位置发生改变。此时的搅拌销50和轴肩60的插入量以与被接合构件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的方式设定第一弹性构件51。假设若第一弹性构件51的弹性力过弱，则随着被接合构件2的高度的变化的向上的反作用力变大，插入量变小。另一方面，若第一弹性构件51的弹性力过强，则随着被接合构件2的高度的变化的向下的弹性力变大，插入量变大。也就是说，即使在被接合构件2的高度变动而变高的情况下，在旋转工具1中，以搅拌销50以配合被接合构件2的设定值的高度而设定的期望的深度插入到被接合构件2的方式，设定第一弹性构件51。此外，即使在被接合构件2的高度变动而变高的情况下，在旋转工具1中，以在轴肩60与被接合构件2接触的状态下不插入到被接合构件2但能压住被接合构件2的方式，设定第一弹性构件51。

而且，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51伸长，包括搅拌销50的组件70下降。如此，即使在被接合构件2的高度变动而变低的情况下，在旋转工具1中，也能以搅拌销50以配合被接合构件2的设定值的高度而设定的期望的深度插入到被接合构件2的方式，设定第一弹性构件51。此外，即使在被接合构件2的高度变动而变低的情况下，在旋转工具1中，也能以在轴肩60与被接合构件2接触的状态下不插入到被接合构件2但能压住被接合构件2的方式，设定第一弹性构件51。

如上所述，在旋转工具1中，通过第一弹性构件51的作用使搅拌销50以恒定的深度插入到被接合构件2，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，通过利用第一弹性构件51的作用一边使轴肩60保持按压被接合构件2的状态，一边将搅拌销50插入到被接合构件2以进行摩擦搅拌，轴肩60能将受到由搅拌销50实现的摩擦搅拌而从搅拌销50的插入部位溢出的金属材料压靠。因此，能减轻毛边的产生。

[1-4.作用和效果]

根据本实施方式的旋转工具1、接合装置3以及接合方法，设置成能相对于转轴12的轴向移动的组件70被第一弹性构件51向前端侧施力，由此，在将搅拌销50的前端部52插入到被接合构件2时，对应第一弹性构件51的弹性，搅拌销50插入到规定的深度。此外，组件70被第一弹性构件51向前端侧施力，由此，对应第一弹性构件51的弹性，轴肩60按压于被接合构件2。通过考虑接合构件、接合方式之类的接合条件来设定第一弹性构件51，能将搅拌销50插入到期望的深度，并且能通过轴肩60压住被接合构件2。也就是说，旋转工具1能进行使用了第一弹性构件51的模拟载荷控制。

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、例如加工中心等接合装置的情况下，旋转工具1的支承高度基于加工中心的设定值变成恒定，搅拌销50的插入位置大致恒定。与此相对，若使用本实施方式的旋转工具1，则即使由加工中心实现的旋转工具1的支承高度恒定，对应被接合构件2的高度的变动，第一弹性构件51也会适当地伸缩，使得组件70沿着轴向移动。如此，通过利用第一弹性构件51的弹性，能实现下述这样的载荷控制：能对搅拌销50向被接合构件2插入的插入深度、轴肩60与被接合构件2的接触方式进行控制。

此外，旋转工具1包括轴肩60，所述轴肩60配设成不会承受来自转轴12的旋转力，并能相对于转轴12的轴向与搅拌销50分开移动，而对被接合构件2进行按压。通过轴肩60压住受到由搅拌销50实现的摩擦搅拌而从搅拌销50的插入部位溢出的金属材料，能减轻毛边的产生。如此，通过轴肩60使得摩擦搅拌接合之后的表面处理变好。

在此，关于载荷控制，作为弹性构件，例如当使用压缩螺旋弹簧进行摩擦搅拌时，能将搅拌销插入到1000系列的相对柔软的铝合金，但存在无法将搅拌销插入到硬的铝合金的问题。

这是由于需要避免压缩螺旋弹簧超过最大允许量(最大挠曲量)地被压缩。换言之，对旋转工具施加载荷到超过压缩螺旋弹簧的最大挠曲量的程度是困难的。即，相对于需要压缩到超过压缩螺旋弹簧的限度的程度的硬质被接合构件，一边实施简单的载荷控制一边插入搅拌销是困难的。假设，当超过压缩螺旋弹簧的最大挠曲量时，弹簧还可能会快速地破损。

不过，例如在像摩擦搅拌接合的开始位置那样使搅拌销50与被接合构件2接触，并且一边增加施加于旋转工具1的载荷一边继续插入时，随着时间经过而插入量增加，由所产生的反作用力(产生反作用力)和摩擦热量产生的发热增加。通常，在摩擦搅拌接合中，由搅拌销50的发热导致的材料的软化无法跟上搅拌销50的插入，在将搅拌销50压入至规定的深度时产生反作用力最高。当搅拌销50插入到被接合构件2直至规定的深度处停止旋转工具1的压入时，由搅拌销50的发热导致的材料的软化将会跟上旋转工具1的插入量，从而能减轻施加于旋转工具1的载荷，能减小产生反作用力。上述状态称为“稳定状态”。

图6是示出第一实施方式的旋转工具的摩擦搅拌接合时的时间和产生反作用力的图表。点P1示出在摩擦搅拌接合的开始位置处将搅拌销50最压入到被接合构件2的位置。点P2示出摩擦搅拌接合的稳定状态的开始位置。在点P1之前是不断爬升的直线，其示出将搅拌销50压入到被接合构件2的状态。在摩擦搅拌接合时，在将搅拌销50压入时产生反作用力逐渐变大并朝向峰值(点P1)，在随着搅拌销50的行进而产生反作用力稍稍下降之后，变成稳定状态(点P2)而产生反作用力大致恒定。

本实施方式的旋转工具1包括对搅拌销50向轴向的基端侧的移动进行限制的第一限制构件100。由此，在产生反作用力(载荷)最大的旋转工具1的插入时、被接合构件2的形状大幅变化的位置处，在第一弹性构件51产生的挠曲量不超过第一弹性构件51的最大挠曲量的范围内，通过第一限制构件100对搅拌销50的移动进行限制。因此，即使在被接合构件2相对较硬且需要大的载荷的情况下，也能避免第一弹性构件51超过限度地变形。由此，相对于相对较硬的被接合构件2，也能在利用第一弹性构件51的同时将搅拌销50插入，且能防止第一弹性构件51及旋转工具1的破损。

此外，在被第一限制构件100限制的搅拌销50被第一限制构件100支承的状态(第一限制构件100与滑动轴31和底部22a抵接而被夹持的状态)下，搅拌销50被按压于被接合构件2，并且通过接合装置而被施加的载荷经由第一限制构件100施加于搅拌销50，因此，能将搅拌销50插入到被接合构件2。

随后，在稳定状态下，产生反作用力(载荷)减轻，由第一限制构件100实现的搅拌销50的支承解除，未被第一限制构件100限制的搅拌销50能进行向转轴12的轴向的移动。

此外，为了防止旋转工具1的大型化，优选第一弹性构件51的外径、自由长度极小(短)。在恒定的外径的条件下，第一弹性构件51的自由长度越短则弹簧常数越大，因此，还容易插入到相对较硬的被接合构件2。然而，当弹簧常数变大时，存在相对于变形量的产生反作用力(载荷)变大的倾向，因此，牢固性变低。也就是说，当弹簧常数变大时，搅拌销50容易因第一弹性构件51受到影响，因此，在稳定状态下存在搅拌销50的动作不稳定(难以控制)的问题。

关于这一点，根据本实施方式，即使不使第一弹性构件51的弹簧常数变大，第一限制构件100也对滑动轴31的移动进行限制，因此，能经由第一限制构件100将力传递至搅拌销50。由此，还能将搅拌销50插入到相对较硬的被接合构件2。此外，与设置第一限制构件100相应地，也可以不使第一弹性构件51的弹簧常数增大，因此，第一弹性构件51的设计自由度增大，并且能提高稳定状态下的牢固性，能稳定地控制搅拌销50。

主体部10还具有：圆筒状的保持架21；以及滑动轴31，所述滑动轴31能沿着转轴方向滑动地收容于保持架21的中心部，并且与保持架21同步地旋转，组件70设置于滑动轴31的前端。由此，能将来自主体部10的旋转力传递至组件70，并且能使组件70沿着转轴方向滑动。

在旋转工具1中，第一弹性构件51收容于保持架21的内部，并配置于滑动轴31的基端部31b与保持架21的底部22a之间。由此，能通过保持架21的底部22a来承受第一弹性构件51从搅拌销50一侧受到的力。因此，即使滑动轴31移动，第一弹性构件51也会向前端侧稳定地对搅拌销50施力，因此，能提高搅拌销50的载荷控制的精度。

此外，在保持架21形成有键槽23，在滑动轴31形成有键32。由此，滑动轴31和组件70随着保持架21的旋转而同步地旋转，并且在使朝向轴向的移动稳定的状态下允许。因此，搅拌销50和轴肩60的动作更加稳定。

在轴肩60与搅拌销50之间夹设有轴承63。因此，轴肩60和搅拌销50能在稳定的状态下相对旋转。

此外，旋转工具1包括将轴肩60保持成无旋转状态的保持部80，因此，便于将轴肩60保持成无旋转状态，摩擦搅拌接合之后的被接合构件2的表面处理变得更好。

在旋转工具1中，第一弹性构件51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种赋予弹性力的弹性构件。根据上述结构，便于对第一弹性构件51的弹性进行调节。

接合装置3包括旋转工具1、动力部件和位置控制部件。而且，通过位置控制部件使旋转工具1以相对于被接合构件2达到规定的高度位置的方式移动，一边将轴肩60按压于被接合构件2，一边将搅拌销50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。根据接合装置3，通过利用第一弹性根据51的弹性，能一边进行控制搅拌销50朝被接合构件2插入的插入深度和由轴肩60实现的与被接合构件2的接触的载荷控制，一边进行摩擦搅拌接合。此外，通过轴肩60压住受到由搅拌销50实现的摩擦搅拌而从搅拌销50的插入部位溢出的金属材料，能减轻毛边的产生，从而使摩擦搅拌接合之后的表面处理变好。因此，即使使用加工中心，也能实现模拟载荷控制，并且摩擦搅拌接合之后的表面处理变好。

主接合方法使旋转工具1以相对于被接合构件2达到规定的高度位置的方式移动，一边将轴肩60按压于被接合构件2，一边将旋转的搅拌销50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。根据主接合方法，通过利用第一弹性构件51的弹性，能一边进行控制搅拌销50朝被接合构件2插入的插入深度和由轴肩60实现的与被接合构件2的接触的载荷控制，一边进行摩擦搅拌接合。此外，通过轴肩60压住受到由搅拌销50实现的摩擦搅拌而从搅拌销50的插入部位溢出的金属材料，能减轻毛边的产生，从而使摩擦搅拌接合之后的表面处理变好。

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，也能一边利用第一弹性构件51进行载荷控制，一边进行摩擦搅拌接合。此外，根据旋转工具1、接合装置3以及接合方法，通过利用第一限制构件100，即使相对于相对较硬的被接合构件也能在防止第一弹性构件51的破损的情况下将搅拌销插入，并且能一边进行载荷控制一边进行摩擦搅拌接合。

[2.第一变形例]

接着，参照图7对第一实施方式的第一变形例进行说明。第一变形例的保持部85如图7所示设置于檐部53的下方的轴肩65的外形呈矩形形状，沿着旋转工具1A的移动轨迹设置有引导构件86。引导构件86由长条构件构成，分别配置成从两侧夹住轴肩65。引导构件86是接合装置3所包括的保持部。上述构成的轴肩65一边使外周面在引导构件86的侧面上滑动，一边不旋转地沿着移动轨迹移动。在轴肩65的内部与图1的轴肩60相同地插入有搅拌销50和轴承63。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。

[3.第二变形例]

接着，参照图8对第一实施方式的第二变形例进行说明。在所述实施方式中，轴肩60的下端面无法相对于搅拌销50沿着转轴的轴向移动，但第二变形例的轴肩90如图8所示构成为能使轴肩90的下端面沿着轴向移动。具体而言，旋转工具1B的轴肩90具有第一构件91、第二构件92、第二弹性构件99和第二限制构件110。此外，搅拌销50与轴肩90一体化，一起形成沿着转轴12的轴向移动的组件75。

第一构件91是设置成能与搅拌销50相对旋转的部位，其例如由工具钢形成。第一构件91呈圆筒状，其同轴状地配置成将搅拌销50包围。在第一构件91的中空部93插入有搅拌销50。中空部93的基端部(图8中的上端部)开口，在搅拌销50与第一构件91之间夹设有轴承63。轴承63配置成将搅拌销50包围。由此，第一构件91能相对于搅拌销50相对旋转但无法沿着轴向相对移动。

在第一构件91的前端部(图8中的下端部)形成有从第一构件91的中间端面91a向前端侧突出的突出部94。突出部94呈圆筒状，在内部插通有搅拌销50。突出部94是用于连接第二构件92的构件。在突出部94的前端部设置有从外周面向外侧突出的键96。键96插入到后述的第二构件92的键槽97。键96呈在转轴方向上较长的长圆形状，并以180°的间隔沿着圆周方向呈放射状地配置，并形成于两处。另外，键96的形状并不局限于长圆形，只要包括与键槽97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。

第二构件92是在与被接合构件2接触的状态下按压被接合构件2的部位。第二构件92是安装于突出部94，并与第一构件91同步地旋转，并且能相对于第一构件91沿着转轴12的轴向相对移动的部位。第二构件92例如由工具钢形成。第二构件92呈圆筒状，其同轴状地配置成将搅拌销50包围。在第二构件92的中空部95插入有搅拌销50。中空部95的基端部(图8中的上端部)开口，并插入有突出部94的前端部。

在中空部95形成有键槽97。键槽97沿着转轴12的轴向(图8中的上下方向)形成为长条的长圆形，在中空部95的内周面形成为槽状。键槽97形成于突出部94的与键96对应的位置的两处。键槽97的轴向长度比键96的轴向长度大，第二构件92能相对于第一构件91沿着轴向移动。键槽97的宽度尺寸与键96的宽度尺寸同等，第二构件92无法相对于第一构件91相对旋转。在键96位于键槽97的基端侧时，第二构件92的前端部(前端面)变成与搅拌销50的前端部52的锥面的基端部相同的高度。也就是说，搅拌销50的前端部52从第二构件92的前端面向前端侧突出。第二构件92通过从所述位置向第一构件91一侧移动，以使轴肩90的轴向长度变短。

第二弹性构件99是相对于转轴12的轴向将作为轴肩90的一部分的第二构件92向搅拌销50的前端侧施力的部位。第二弹性构件99例如由螺旋弹簧构成，其配置成将突出部94的外周面包围。第二弹性构件99安装于第一部件91的中间端面91a与第二构件92的基端部(基端面)92b之间。第二弹性构件99能相对于从第二构件92承受的力向前端侧对第二构件92施力。

第二弹性构件99的弹性设定为，在将搅拌销50以规定的压入载荷插入到由铝、铜、镁以及从由这些合金构成的组中选出的至少一个材质制成的被接合构件2的情况下，相对于由弹性构件实现的第二构件92的全可动范围，第二构件92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，设定为，在第二弹性构件99是螺旋弹簧的情况、即将施加于第二弹性构件99的载荷以50kg～2t插入的情况下，在第二弹性构件99的挠曲量相对于第二弹性构件99的自由长度在0～30％的范围内变形的状态下，第二构件92对被接合构件2进行按压。由此，在第二构件92与被接合构件2接触的状态下，在第二构件92不插入到被接合构件2的情况下便于通过第二构件92压住被接合构件2。第二弹性构件99与第一弹性构件51相比更容易变形。

另外，第二弹性构件99与第一弹性构件51同样地并不局限于螺旋弹簧，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)。而且，第二弹性构件99也可以是使用了大气压力、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99只要设定为，满足在压靠于被接合构件2的轴肩90在与被接合构件2接触的状态下，不插入到被接合构件2但能压住被接合构件2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99的设定产生影响的接合条件，例如列举被接合构件2的材质或接合部的形状之类的接合构件的条件、或者搅拌销50的插入深度、旋转工具1B的形状、转速、移动速度之类的接合方式。另外，轴肩90只要至少一部分与被接合构件2接触即可，也可以对应与被接合构件2的表面形状之间的关系在与被接合构件2之间产生细微的空间，但优选与被接合构件2之间无间隙地接触，以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90也可以稍稍插入到被接合构件2，但优选不要深入地插入到被接合构件2，其程度为在接合后不产生由被接合构件2与轴肩90的接触导致的凹部的程度。

第二限制构件110如图8所示是对第二构件92相对于第一构件91超过规定的范围向转轴12的基端侧移动的情况进行限制的构件。第二限制构件110在本实施方式中固定于第二构件92的基端部92b。第二限制构件110的形状没有特别的限制，但是在本实施方式中呈圆筒状。第二限制构件110由金属、树脂、橡胶等比较硬质的材料形成，以能承受摩擦搅拌接合时的反作用力。第二限制构件110以随着第二构件92的移动而在第二弹性构件99产生的变形量不超过第二弹性构件99的最大挠曲量(最大允许量)的方式，对第二构件92的轴向的移动进行限制，。

根据上述结构，能实现轴肩90的前端面与搅拌销50的相对移动，从而能通过第二弹性构件99实现轴肩90的载荷控制。因此，能进一步提高轴肩90的载荷控制的精度。而且，在本变形例的轴肩90中，也可以未图示的保持部固定于第一构件91的外周面，通过保持部将轴肩90和第二构件92保持成无旋转状态。

此外，本实施方式的旋转工具1B包括对第二构件92相对于第一构件91向基端侧的移动进行限制的第二限制构件110。更详细而言，在通过被接合构件2经由第二构件92压住第二弹性构件99时，第二限制构件110与第一构件91的中间端面91a抵接直至第二弹性构件99的挠曲量达到最大挠曲量。由此，在产生反作用力(载荷)最大的旋转工具1B的插入时、被接合构件2的形状大幅变化的位置处，在第二弹性构件99产生的变形量不超过第二弹性构件99的最大挠曲量的范围内，通过第二限制构件110对第二构件92的移动进行限制。因此，即使在被接合构件2相对较硬且需要大的载荷的情况下，也能避免第二弹性构件99超过限度地变形。由此，能通过轴肩90按压相对较硬的被接合构件2，且能防止旋转工具1B的破损。

此外，通过在被第二限制构件110限制的第二构件92(轴肩90)被第二限制构件110支承的状态(第二限制构件110与第一构件91和第二构件92抵接而被夹持的状态)下，第二构件92按压于被接合构件2，并且通过接合装置而被施加的载荷经由第二限制构件110施加于第二构件92，能通过第二构件92按压被接合构件2。

随后，在稳定状态下，产生反作用力(载荷)减轻，由第二限制构件110实现的第二构件92的支承解除，未被第二限制构件110限制的第二构件92能进行向轴向的移动。

此时，通过第二构件92被第二弹性构件99向前端侧施力，以将被接合构件2按压于第二构件92。也就是说，通过考虑被接合构件2、接合方式之类的接合条件来设定第二弹性构件99，能进行以期望的应力按压第二构件92的、使用了第二弹性构件99的模拟载荷控制。

此外，为了防止旋转工具1B的大型化，优选第二弹性构件99的外径、自由长度极小(短)。在恒定的外径的条件下，第二弹性构件99的自由长度越短则弹簧常数越大，因此，还容易插入到相对较硬的被接合构件2。然而，当弹簧常数变大时，相对于变形量的产生反作用力(载荷)变大，因此，牢固性变低。也就是说，当弹簧常数变大时，第二构件92容易因第二弹性构件99受到影响，因此，在稳定状态下存在第二构件92的动作不稳定(难以控制)的问题。

关于这一点，根据本实施方式，即使不使第二弹性构件99的弹簧常数变大，第二限制构件110也对第二构件92的移动进行限制，因此，能经由第二限制构件110将力传递至第二构件92。由此，还能将第二构件92按压于相对较硬的被接合构件2。此外，与设置第二限制构件110相应地，也可以不使第二弹性构件99的弹簧常数增大，因此，第二弹性构件99的设计自由度增大，并且能提高稳定状态下的牢固性，能稳定地控制第二构件92。

另外，第二变形例并不限定于前述的结构，能适当地改变。例如，在第二变形例中，将第二限制构件110设置于第二构件92，但也可以将第二限制构件110设置于第一构件91的中间端面91a。通过使第二限制构件110与第二构件92的基端部92b抵接直至第二弹性构件99达到最大挠曲量，能防止第二弹性构件99超过最大挠曲量地变形。此外，也可以将第二限制构件110设为环状，并且游离嵌合于第一构件91与第二构件92之间。

此外，在第二变形例中，将第二限制构件110设置于第二构件92，但也可以将第二限制构件110设置于第二构件92的中空部95的底部95a。通过使第二限制构件110与突出部94抵接直至第二弹性构件99达到最大挠曲量，能防止第二弹性构件99超过最大挠曲量地变形。

例如，在第二变形例中，将第二限制构件110设置于第二构件92，但也可以将第二限制构件110设置于突出部94的端部(下端部)。通过使第二限制构件110与中空部95的底部95a抵接直至第二弹性构件99达到最大挠曲量，能防止第二弹性构件99超过最大挠曲量地变形。

此外，在第二变形例中，将第二限制构件110设置于第二构件92，但也可以将第二限制构件110设置于突出部94的前端侧的外周面。此外，也可以在第二构件92的内周面设置允许第二限制构件110的轴向的移动的槽部。通过使第二限制构件110与槽部的槽壁抵接直至第二弹性构件99达到最大挠曲量，能防止第二弹性构件99超过最大挠曲量地变形。另外，也可以通过键槽97和键96实现第二构件92的槽部和第二弹性构件99。

此外，在第二变形例中，将第二限制构件110设置于第二构件92，但也可以将第二限制构件110设置于突出部94的基端侧的外周面(侧面部)。通过使第二限制构件110与第二构件92的基端部92b抵接直至第二弹性构件99达到最大挠曲量，能防止第二弹性构件99超过最大挠曲量地变形。

[4.第二实施方式]

接着，参照图9对第二实施方式的旋转工具1C进行说明。第二实施方式的旋转工具1C包括具有保持架21和滑动轴31的主体部10、搅拌销50、第一弹性构件51以及第一限制构件100C。基本结构与前面所述实施方式的基本结构相同，因此，标注相同标记并省略说明。

本实施方式的第一限制构件(第一基端侧固定限制构件)100C固定于保持架21的底部22a而被设置。也就是说，第一限制构件100C的基端部100Cb和底部22a始终连接。虽然省略了具体的图示，但参照图2所示，第一限制构件100C的前端部100Ca与滑动轴31的基端部31b抵接，直至第一弹性构件51达到最大挠曲量，能对滑动轴31及搅拌销50(组件70)向基端侧的移动进行限制。

根据本实施方式，也能实现与第一实施方式大致同等的效果。而且，根据本实施方式，通过第一限制构件100C设置于保持架21的底部22a，能通过限制构件在保持架21的内部游动以避免限制构件与第一弹性构件51接触。此外，能将第一限制构件100C固定于固定位置，因此，能使第一限制构件100C的前端部100Ca与滑动轴31的基端部31b在恒定的位置处抵接，能在规定的位置处接受随着旋转工具1C的插入产生的反作用力而进行稳定的动作。

[5.第三实施方式]

接着，参照图10对第三实施方式的旋转工具1D进行说明。第三实施方式的旋转工具1D包括具有保持架21和滑动轴31的主体部10、搅拌销50、第一弹性构件51以及第一限制构件100D。基本结构与前面所述实施方式的基本结构相同，因此，标注相同标记并省略说明。

本实施方式的第一限制构件(第一前端侧固定限制构件)100D固定于滑动轴31而被设置。也就是说，第一限制构件100D的前端部100Da与滑动轴31的基端部31b始终连接。虽然省略了具体的图示，但参照图2所示，第一限制构件100D的基端部100Db与保持架21的底部22a抵接，直至第一弹性构件51达到最大挠曲量，能对滑动轴31及搅拌销50(组件70)向基端侧的移动进行限制。

根据本实施方式，也能实现与第一实施方式大致同等的效果。而且，根据本实施方式，通过第一限制构件100D设置于滑动轴31，能通过限制构件在保持架21的内部游动以避免限制构件与第一弹性构件51接触。此外，能将第一限制构件100D固定于固定位置，因此，能使第一限制构件100D的基端部100Db与保持架21的底部24在固定的位置抵接，能在规定的位置接受随着旋转工具1D的插入产生的反作用力而进行稳定的动作。

[6.第四实施方式]

接着，参照图11及图12对第四实施方式的旋转工具1E进行说明。第四实施方式的旋转工具1E包括具有保持架21和滑动轴31的主体部10、搅拌销50、第一弹性构件51以及第一限制构件100E。基本结构与前面所述实施方式的基本结构相同，因此，标注相同标记并省略说明。

本实施方式的第一限制构件(第一中间限制构件)100E固定于滑动轴31的外周面(侧面部)而被设置。第一限制构件100E是从滑动轴31的外周面垂直地向径外方向伸出的板状构件。尤其，第一限制构件100E设置于滑动轴31的轴向基端侧的外周面。第一限制构件100E既可以形成有单个，也可以形成有多个。第一限制构件100E形成为，随着滑动轴31的移动沿着轴向在向径外方向贯穿保持架21的贯穿孔M内移动。如图12所示，第一限制构件100E与贯穿孔M的基端侧的孔壁(保持架的中间部)Ma抵接直至第一弹性构件51达到最大挠曲量，能对滑动轴31及搅拌销50(组件70)向基端侧的移动进行限制。

另外，在本实施方式中，将保持架21的贯穿孔M设为“中间部”，但也可以将保持架21的其它部位设定为“中间部”，并使该中间部与第一限制构件100E抵接。此外，也可以不设置贯穿孔M而设置槽部，并使第一限制构件100E在该槽部内移动。此外，也可以通过键槽23和键32来实现贯穿孔M和第一限制构件100E。

根据本实施方式，也能实现与第一实施方式大致同等的效果。而且，根据本实施方式，通过第一限制构件100E设置于滑动轴31的外周面，能避免与收容于保持架21的内部的第一弹性构件51的干涉。因此，例如，即使在由于弹性构件的结构、形状、动作或者功能的影响而无法将限制构件与弹性构件一起收纳于保持架21的内部的情况下，也能通过设置于外周面的第一限制构件100E来对组件70的移动进行限制。因此，能使设计自由度增大。

[7.第五实施方式]

接着，参照图13及图14对第五实施方式的旋转工具1F进行说明。第五实施方式的旋转工具1F包括具有保持架21和滑动轴31的主体部10、搅拌销50、第一弹性构件51以及第一限制构件100F。基本结构与前面所述实施方式的基本结构相同，因此，标注相同标记并省略说明。

本实施方式的第一限制构件(第一前端侧限制构件)100F固定于滑动轴31的外周面(侧面部)而被设置。尤其，第一限制构件100F设置于滑动轴31的前端侧的外周面。第一限制构件100F是从滑动轴31的外周面垂直地向径外方向伸出的板状构件。第一限制构件100F既可以形成有单个，也可以形成有多个。如图14所示，第一限制构件100F与保持架21的前端部21a抵接直至第一弹性构件51达到最大挠曲量，能对滑动轴31及搅拌销50(组件70)向基端侧的移动进行限制。

根据本实施方式，也能实现与第一实施方式大致同等的效果。而且，根据本实施方式，通过第一限制构件100F设置于滑动轴31的外周面，能避免与收容于保持架21的内部的第一弹性构件51的干涉。因此，例如，即使在由于弹性构件的结构、形状、动作或者功能的影响而无法将限制构件与弹性构件一起收纳于保持架21的内部的情况下，也能通过设置于外周面的第一限制构件100F来对组件70的移动进行限制。因此，能使设计自由度增大。此外，与通过键槽23和键32实现贯穿孔M和第一限制构件100E，第一限制构件100E与键槽23抵接的情况相比，根据本实施方式，由于第一限制构件100F与保持架21的前端部21a抵接，因此，能避免负荷施加于键槽23。

[8.第六实施方式]

接着，参照图15及图16对第五实施方式的旋转工具1G进行说明。第六实施方式的旋转工具1G包括具有保持架21和滑动轴31的主体部10、搅拌销50、第一弹性构件51以及第一限制构件100G。基本结构与前面所述实施方式的基本结构相同，因此，标注相同标记并省略说明。

本实施方式的第一限制构件(第一前端面限制构件)100G固定于滑动轴31的前端部(前端面)31a而被设置。第一限制构件100G是从滑动轴31的前端部(前端面)31a垂直地向径外方向伸出的板状构件。第一限制构件100G从滑动轴31的外周面向外侧伸出。第一限制构件100G既可以形成有单个，也可以形成有多个。如图16所示，第一限制构件100G与保持架21的前端部21a抵接直至第一弹性构件51达到最大挠曲量，能对滑动轴31及搅拌销50(组件70)向基端侧的移动进行限制。

根据本实施方式，也能实现与第一实施方式大致同等的效果。而且，根据本实施方式，通过第一限制构件100G设置于滑动轴31的前端部，能避免与收容于保持架21的内部的第一弹性构件51的干涉。因此，例如，即使在由于弹性构件的结构、形状、动作或者功能的影响而无法将限制构件与弹性构件一起收纳于保持架21的内部的情况下，也能通过设置于前端部的第一限制构件100G来对组件70的移动进行限制。因此，能使设计自由度增大。此外，与通过键槽23和键32实现贯穿孔M和第一限制构件100E，第一限制构件100E与键槽23抵接的情况相比，根据本实施方式，由于第一限制构件100G与保持架21的前端部21a抵接，因此，能避免负荷施加于键槽23。

[9.第七实施方式]

接着，参照图17及图18对第七实施方式的旋转工具1H进行说明。第七实施方式的旋转工具1H包括具有保持架21和滑动轴31的主体部10、搅拌销50以及第一弹性构件51。基本结构与前面所述实施方式的基本结构相同，因此，标注相同标记并省略说明。

本实施方式的搅拌销50由前端部52和檐部53构成。檐部53的直径比前端部52的直径大。此外，檐部53的外径比滑动轴31的内径大。此外，檐部53的外径比保持架21的收纳凹部22的内径大。如图18所示，搅拌销50的檐部53与保持架21的前端部21a抵接直至第一弹性构件51达到最大挠曲量，能对滑动轴31及搅拌销50(组件70)向基端侧的移动进行限制。也就是说，在本实施方式中，搅拌销50本身就是限制构件。

根据本实施方式，也能实现与第一实施方式大致同等的效果。而且，根据本实施方式，通过搅拌销50作为限制构件发挥功能，能避免与收容于保持架21的内部的第一弹性构件51的干涉。因此，例如，即使在由于弹性构件的结构、形状、动作或者功能的影响而无法将限制构件与弹性构件一起收纳于保持架21的内部的情况下，也能通过搅拌销50来对搅拌销50自身以及组件70的移动进行限制。因此，能使设计自由度增大。

[10.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改变。在所述实施方式中，在保持架21形成有键槽23，在滑动轴31形成有键32，但并不局限于此。也可以在保持架21形成键，在滑动轴31形成键槽。

此外，在所述实施方式中对旋转工具1包括固定于轴肩60的保持部80，该保持部连接于接合装置并将轴肩60保持成无旋转状态的情况进行了例示，但并不局限于此。也可以是接合装置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的轴肩60并将轴肩60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，也可以是旋转工具1包括固定于轴肩60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60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。如此，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中的保持部共同动作的第二保持部。如上所述，由于接合装置3包括将轴肩60保持成无旋转状态的第二保持部，因此，便于将轴肩60保持成无旋转状态，从而摩擦搅拌接合之后的被接合构件2的表面处理变得更好。

此外，在所述实施方式中，第一弹性构件51配置于滑动轴31与收纳凹部22的底部22a之间，但只要是向前端侧对组件70施力的位置则也可以配置于任意部位。此外，也可以配合第一弹性构件51的配置改变限制构件的配置。例如，第一弹性构件51也可以配置于滑动轴31的外周，且位于保持架211与檐部53之间。在上述情况下，第一弹性构件51位于滑动轴31与搅拌销50的中间部附近，并且第一弹性构件51在滑动轴31的周向上均匀地发挥作用。因此，即使滑动轴31移动，第一弹性构件51也会向前端侧稳定地对组件70施力。因此，能提高搅拌销50和轴肩60的载荷控制的精度。

此外，在所述第二变形例中，对搅拌销50的前端部52比第二构件92的前端部(前端面)92a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1B也可以在与被接合构件2不接触的状态下使第二构件92的前端部92a比搅拌销50的前端部52更朝下方突出。由此，在将旋转工具1B从被接合构件2抽拔时，若使旋转工具1B远离被接合构件2，则在第二构件92将被接合构件2按压的状态下，搅拌销50比第二构件92先从被接合构件2脱离。此时，通过一边使第二构件92保持按压被接合构件2的状态一边将搅拌销50抽拔，第二构件92能将因搅拌销50的插入而流动溢出的金属材料压住。因此，便于通过第二构件92所压住的金属材料来填埋将搅拌销50拔出时所产生的拔孔。尤其，在摩擦搅拌接合时插入旋转工具1B的位置处进行接合，不从插入位置移动而是拉拔并以点的方式进行摩擦搅拌的情况下，便于防止形成拉拔孔。

此外，在所述实施方式中，对第一限制构件100呈圆柱状且第一限制构件100配置于第一弹性构件51的中空部的情况进行例示并加以说明。第一限制构件也可以呈内径比第一弹性构件51的外径大的筒状。在上述情况下，也可以在第一限制构件的内侧配置有第一弹性构件51，第一限制构件以将第一弹性构件51的外侧覆盖的方式配置。

(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保持架；

23键槽；

31滑动轴；

32键；

50搅拌销；

51第一弹性构件；

60轴肩；

61中空部；

63轴承；

65轴肩；

70组件；

80、85保持部；

90轴肩；

99第二弹性构件；

100第一限制构件；

110第二限制构件。

Claims (12)

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，所述搅拌销受到来自所述主体部的旋转力而能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；以及

轴肩，所述轴肩与所述搅拌销分体构成，不承受来自所述主体部的旋转力，能相对于所述转轴的轴向移动地设置于所述主体部，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，

所述搅拌销和所述轴肩安装成能相对旋转，并且相对于所述转轴的轴向一体地移动，以构成组件，

所述旋转工具还包括：

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向所述搅拌销的前端侧对所述组件施力；以及

第一限制构件，所述第一限制构件对所述组件向所述转轴的轴向的基端侧移动的情况进行限制，

所述第一限制构件以使随着所述组件的移动而所述第一弹性构件产生的变形量不超过所述第一弹性构件的最大允许量的方式，对所述组件的移动进行限制。

2.如权利要求1所述的旋转工具，其特征在于，

所述主体部还具有：中空筒状的保持架，所述保持架安装于所述转轴；以及滑动轴，所述滑动轴以能沿着转轴方向滑动的方式收容于所述保持架的中心部，并且与所述保持架同步地旋转，

所述组件设置于所述滑动轴的前端，

所述滑动轴经由所述第一弹性构件向所述组件的前端侧被施力，

所述第一限制构件对所述滑动轴向所述转轴的轴向的基端侧移动的情况进行限制。

3.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，所述第二弹性构件能相对于所述转轴的轴向向所述搅拌销的前端侧对所述轴肩施力；以及

第二限制构件，所述第二限制构件对所述轴肩向所述转轴的轴向的基端侧移动的情况进行限制，

所述第二限制构件以随着所述轴肩的移动而所述第二弹性构件产生的变形量不超过所述第二弹性构件的最大允许量的方式，对所述轴肩的移动进行限制。

4.如权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，

所述第一限制构件设置于所述保持架内，

通过随着所述滑动轴的移动，使所述滑动轴的基端部及所述保持架的基端侧的底部与所述第一限制构件接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

5.如权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，

所述第一限制构件设置于所述保持架的基端侧的底部，

通过随着所述滑动轴的移动，使所述滑动轴的基端部与所述第一限制构件接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

6.如权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，

所述第一限制构件设置于所述滑动轴的基端部，

通过随着所述滑动轴的移动，使所述保持架的基端侧的底部与所述第一限制构件接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

7.如权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，

所述第一限制构件设置于所述滑动轴的外周面，

通过随着所述滑动轴的移动，使所述第一限制构件与所述保持架的中间部接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

8.如权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，

所述第一限制构件设置于所述滑动轴的外周面，

通过随着所述滑动轴的移动，使所述第一限制构件与所述保持架的前端部接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

9.如权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，

所述第一限制构件设置于所述滑动轴的前端部，

通过随着所述滑动轴的移动，使所述第一限制构件与所述保持架的前端部接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

10.如权利要求2所述的旋转工具，其特征在于，

所述搅拌销是所述第一限制构件，

通过随着所述滑动轴的移动，使所述搅拌销与所述保持架的前端部接触，以对所述滑动轴的移动进行限制。

11.一种接合装置，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以相对于所述被接合构件达到规定的高度位置的方式移动，将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。

12.一种接合方法，其特征在于，

使权利要求1至10中任一项所述的旋转工具以相对于所述被接合构件达到规定的高度位置的方式移动，将所述搅拌销插入到所述被接合构件，并进行相对于所述被接合构件的摩擦搅拌接合。