JP2023069372A - 回転ツール、接合装置及び接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マシニングセンタに装着した状態で荷重制御を行える回転ツール、接合装置及び接合方法を提供する。【解決手段】接合装置に用いられる回転ツール１であって、固定部１１と回転軸１２とを有する本体部１０、被接合部材に対する摩擦攪拌を行う攪拌ピン５１を有し、回転軸１２からの回転力を受けて回転可能に設けられるともに、回転軸１２の軸方向に対して移動可能に本体部１０に設けられる攪拌部材５０、回転軸１２の軸方向に対して、攪拌部材５０を先端側に向けて付勢する弾性部材７０、及び攪拌部材５０が回転軸１２の軸方向の基端側へ移動することを規制する規制部材１００、を備え、規制部材１００は、攪拌部材の移動に伴って弾性部材７０に生じる変形量が、弾性部材７０の最大許容量を超えないように、攪拌部材５０の移動を規制する。【選択図】図１

Description

本発明は、摩擦攪拌接合に用いられる回転ツール、接合装置及び接合方法に関する。

摩擦攪拌接合を行うための接合装置として、被接合部材に対して回転ツールの押込み量を制御するために、荷重制御を行うものと、位置制御を行うものが知られている。荷重制御は、主として、ロボット（ロボットアーム）による接合装置で用いられ、位置制御は、主として、マシニングセンタ（ＭＣ）による接合装置で用いられていた。

荷重制御を行う接合装置としては、例えば特許文献１に開示されたものがあった。特許文献１の接合装置は、接合条件に応じて好適な精度で良好な接合品質を得るために、ショルダ部材またはピン部材の被接合物への圧入深さを制御するものである。かかる接合装置は、圧入深さの制御を行うために、圧入基準点設定部で設定された圧入基準点に基づいて、ショルダ部材に対するピン部材の相対位置を制御する。接合装置は、前記制御を行うために、加圧力検出部、圧力基準点設定部や工具駆動制御部等を備えている。また、工具駆動部は、回転駆動部、ピン駆動部、ショルダ駆動部及びクランプ駆動部（弾性部材：コイルスプリング）等を備えている。

特開２０１２－１９６６８１号公報

特許文献１の接合装置は、荷重制御を行うため、構造が複雑で高価である。そのため、近年では、位置制御のみを行える比較的安価なＭＣに装着可能で且つ荷重制御を行える回転ツールが求められている。

このような観点から、本発明は、マシニングセンタに装着した状態で荷重制御を行える回転ツール、接合装置及び接合方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明は、被接合部材の摩擦攪拌接合を行う接合装置に用いられる回転ツールであって、前記接合装置に取り付けて固定される固定部と、前記接合装置からの回転力を伝達する回転軸とを有する本体部、前記被接合部材に挿入されて前記被接合部材に対する摩擦攪拌を行う攪拌ピンを有し、前記回転軸からの回転力を受けて回転可能に設けられるともに、前記回転軸の軸方向に対して移動可能に前記本体部に設けられる攪拌部材、前記回転軸の軸方向に対して、前記攪拌部材を先端側に向けて付勢する弾性部材、及び前記攪拌部材が前記回転軸の軸方向の基端側へ移動することを規制する規制部材、を備え、前記規制部材は、前記攪拌部材の移動に伴って前記弾性部材に生じる変形量が、前記弾性部材の最大許容量を超えないように、前記攪拌部材の移動を規制する、
ことを特徴とする。

また、前記本体部は、前記回転軸に取り付けられた中空筒状のホルダと、前記ホルダの中心部に回転軸方向にスライド可能に収容されるとともに前記ホルダと同期回転するスライド軸とをさらに有し、前記攪拌部材は、前記スライド軸の先端に設けられ、前記スライド軸は、前記弾性部材を介して前記攪拌部材の先端側に向けて付勢されており、前記規制部材は、前記スライド軸が前記回転軸の軸方向の基端側へ移動することが好ましい。

また、前記規制部材は、前記ホルダ内に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記スライド軸の基端部及び前記ホルダの基端側の底部と前記規制部材とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。

また、前記規制部材は、前記ホルダの基端側の底部に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記スライド軸の基端部と前記規制部材とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。

また、前記規制部材は、前記スライド軸の基端部に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記ホルダの基端側の底部と前記規制部材とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。

また、前記規制部材は、前記スライド軸の外周面に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記規制部材と前記ホルダの中間部が接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。

また、前記規制部材は、前記スライド軸の外周面に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記規制部材と前記ホルダの先端部とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。

また、前記規制部材は、前記スライド軸の先端部に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記規制部材と前記ホルダの先端部とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。

また、前記攪拌部材が、前記規制部材であり、前記スライド軸の移動に伴い、前記攪拌部材と前記ホルダの先端部とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。

また、前記攪拌部材は、前記スライド軸に連結して、柱状又は錐台状を呈するとともに、平面状又はすり鉢状の下端面を有し、前記下端面が前記被接合部材に当接するショルダをさらに有し、前記攪拌ピンは、前記ショルダの前記下端面から垂下していることが好ましい。

また、前記攪拌部材は、前記スライド軸に連結して、柱状又は錐台状を呈する連結部をさらに有し、前記攪拌ピンは、前記連結部の下端面から垂下していることが好ましい。

また、本発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転ツールを備える接合装置であって、前記回転ツールの前記回転軸に伝達する回転力を出力する動力手段、及び前記回転ツールの前記固定部を保持して、前記回転ツールの位置制御を行う位置制御手段を備え、前記位置制御手段によって前記回転ツールを前記被接合部材に対して所定の高さ位置となるように移動させて、前記被接合部材に前記攪拌ピンを挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、ことを特徴とする。

また、前記回転ツールは、請求項１０に記載の回転ツールであって、前記攪拌ピンと、前記攪拌ピンと共に回転する前記ショルダとを、前記被接合部材に挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

また、前記回転ツールは、請求項１１に記載の回転ツールであって、前記被接合部材に対して前記連結部を離間させた状態で、前記被接合部材に回転する前記攪拌ピンのみを挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。

また、本発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転ツールを、前記被接合部材に対して所定の高さ位置となるように移動させて、前記被接合部材に前記攪拌ピンを挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、ことを特徴とする。

本発明に係る回転ツール、接合装置及び接合方法によれば、弾性部材を利用した荷重制御を行うことができる。また、本発明に係る回転ツール、接合装置及び接合方法によれば、比較的硬い被接合部材に対しても、弾性部材を利用しながら攪拌ピンを挿入することができる。

本発明の第一実施形態に係る回転ツールを示す一部断面側面図である。 第一実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す縦断面図である。 第一実施形態に係る回転ツールを示す平断面図である。 第一実施形態に係る回転ツールを示す斜視図である。 第一実施形態に係る回転ツールを示す分解斜視図である。 第一実施形態に係る回転ツールの摩擦攪拌接合時の状態を示す断面図である。 第一実施形態に係る回転ツールの摩擦攪拌接合時の時間と発生反力を示すグラフである。 本発明の第一実施形態の第一変形例に係る回転ツールを示す一部破断斜視図である。 本発明の第一実施形態の第二変形例に係る回転ツールを示す縦断面図である。 本発明の第一実施形態の第二変形例に係る回転ツールを示す斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第二実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。 本発明の第三実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第三実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。 本発明の第四実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第四実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。 本発明の第五実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第五実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。 本発明の第六実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第六実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。 本発明の第七実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第七実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。

本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。また、実施形態における構成要素は、一部又は全部を適宜組み合わせることができる。さらに、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであり、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。

［１．第一実施形態］
［１―１．回転ツール］
まず、第一実施形態に係る回転ツールの構成を説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る回転ツール１は、被接合部材２（図６参照）の摩擦攪拌接合を行う接合装置３に用いられるものであって、被接合部材２の突合せ部に回転しながら挿入される。かかる回転ツール１は、本体部１０、攪拌部材５０、弾性部材７０、及び規制部材１００を備えている。

＜本体部＞
本体部１０は、例えばマシニングセンタ等の接合装置３に固定される部分であって、固定部１１と、回転軸１２とを備えている。固定部１１は、接合装置３に取り付けられて固定される部位であり、円筒形状を呈している。固定部１１はチャック機構であり、接合装置３に設けられた対となるチャック機構と協働することで、固定部１１を接合装置３に対して着脱可能に固定することができる。チャック機構としては、例えば、固定部１１に設けられた溝と、接合装置３に設けられて、固定部１１側の溝に嵌合して挟み付ける爪とが挙げられる。固定部１１の接合装置３に取り付けられる側とは他端側（図１中、下側）に、回転軸１２が連結して設けられている。回転軸１２は、円柱形状を呈している。回転軸１２は、接合装置３からの回転力を攪拌部材５０に伝達する部位であり、固定部１１を介して接合装置３の回転軸（図示せず）に連結されている。

図３乃至図５にも示すように、本体部１０は、ホルダ２１と、スライド軸３１とをさらに備えている。

＜ホルダ＞
ホルダ２１は、回転軸１２に取り付けられ、回転軸１２と同期回転し、スライド軸３１及び攪拌部材５０を支持する部位である。ホルダ２１は、基端部（接合装置３側端部：図１中、上端部）に底部２４を有する有底円筒形状（中空筒状）を呈しており、内部の中空部が、スライド軸３１が挿入される収納凹部２２となっている。収納凹部２２は、円柱形状を呈しており、回転軸１２の軸方向の先端側（図１中、下端部）が開口している。ホルダ２１の円筒胴部には、キー溝２３が形成されている。キー溝２３は、回転軸１２の軸方向（図１中、上下方向）に沿って長尺の長円形に形成されており、ホルダ２１の外周面から内周面まで貫通している。なお、キー溝２３は、円筒胴部を貫通していなくてもよく、円筒胴部の内周面に溝状に形成されていてもよい。キー溝２３は、円筒胴部の円周方向に１８０°間隔で配置され、互いに対向して２か所に形成されている。なお、キー溝２３の個数は、２個に限定されるものではなく、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。

＜スライド軸＞
スライド軸３１は、ホルダ２１の収納凹部２２に、回転軸方向（図１中、上下方向）にスライド可能に収納されるとともに、ホルダ２１と同期回転（共回り）する部位である。スライド軸３１は、円柱形状を呈しており、収納凹部２２に収納可能な外径を有している。スライド軸３１の外周面には、外側に突出するキー３２が設けられている。キー３２は、キー溝２３に相当する位置に固定されており、キー溝２３に挿入されている。キー３２は、回転軸方向に長い長円形状を呈しており、キー溝２３と同等の幅寸法を備えるとともに、キー溝２３の長手方向寸法よりも短い長さ寸法を備えている。つまり、キー３２は、キー溝２３の幅方向に嵌合するとともに長手方向に移動可能である。なお、キー３２の形状は、長円形状に限定されるものではなく、キー溝２３と同等の幅寸法を備えていれば、円形や楕円形、長楕円、長方形等の他の形状であってもよい。スライド軸３１の先端部（接合装置３から離間する側の端部：図１中、下端部）には、攪拌部材５０が一体的に設けられている。したがって、攪拌部材５０は、弾性部材７０によって先端側に付勢されることによって、スライド軸３１の先端側（接合装置３から離間する側：図１中、下側）に付勢される。

＜攪拌部材＞
攪拌部材５０は、本体部１０からの回転力を受けて回転可能に設けられるとともに、回転軸１２の軸方向に対して移動可能に本体部１０に設けられる部位である。攪拌部材５０は、攪拌ピン５１とショルダ６１とを備えている。攪拌部材５０は、例えば工具鋼にて構成されている。本実施形態では、攪拌ピン５１とショルダ６１とが一体形成されており、コンベンショナル型の攪拌部材５０となっている。攪拌部材５０は、スライド軸３１と一体形成されている。よって、攪拌部材５０は、スライド軸３１と同期回転するとともに、スライド軸３１のスライド移動によって、回転軸１２の軸方向に移動する。

攪拌ピン５１は、被接合部材に回転しつつ挿入されて被接合部材に対する摩擦攪拌を行う部位である。攪拌ピン５１の先端部５２（図１中、下端部）は、先端に向かうにつれて先細りになっている。攪拌ピンの先端部５２の先端は、軸方向に直交する平坦面状となっている。攪拌ピン５１の基端部には、ショルダ６１が一体形成されている。攪拌ピン５１の外周面に螺旋溝を設けてもよい。

ショルダ６１は、下端面が被接合部材２に当接した状態で被接合部材２を押圧する部位である。ショルダ６１は、攪拌ピン５１の基端部から拡径する円柱状に形成されており、平面状且つリング状の先端面（下端面）を備えている。つまり、ショルダ６１の先端面から攪拌ピン５１の先端部５２が先端側に向かって突出している。言い換えれば、攪拌ピン５１がショルダ６１の下端面から垂下している。ショルダ６１の形状は、円柱状に限定されるものではなく、錐台状であってもよい。また、ショルダ６１の下端面は、平面状であってもよく、すり鉢状であってもよい。さらに、ショルダ６１の下端面は、凹凸構造を有していてもよい。ショルダ６１の基端部は、スライド軸３１に一体的に連結されている。ショルダ６１は、スライド軸３１よりも大径であり、ショルダ６１とスライド軸３１との連結部（ショルダ６１のスライド軸３１側の基端部）には、平面視でリング状の段部が形成されている。

＜弾性部材＞
弾性部材７０は、回転軸１２の軸方向に対して攪拌ピン５１とショルダ６１とを備えた攪拌部材５０を先端側に向けて付勢する部位である。弾性部材７０は、例えばコイルばねにて構成されている。弾性部材７０は、ホルダ２１の内部に収容され、スライド軸３１の基端部３１ｂと、ホルダ２１の基端側の底部２４との間に装着されている。弾性部材７０は、攪拌部材５０側から受ける力に対して、攪拌部材５０を先端側に向けて付勢できるようになっている。

弾性部材７０の弾性は、アルミニウム、銅、マグネシウム、及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも一つの材料からなる被接合部材２に対して、攪拌ピン５１を、所定の押し込み荷重で挿入する場合に、攪拌ピン５１の全可動範囲内の所定の範囲で、攪拌ピン５１が変位して被接合部材２に挿入されるように設定されている。

例えば、弾性部材７０がコイルネばねの場合であって、弾性部材７０に加わる荷重を１００ｋｇ～５ｔで挿入する場合に、弾性部材７０の自由長に対して、弾性部材７０のたわみ量が０～３０％の範囲で変形した状態で、攪拌ピン５１及びショルダ６１が被接合部材２に挿入されるように設定されている。これにより、被接合部材２に対して一定の高さで攪拌ピン５１を押し込んだ場合に、被接合部材２の高さが変化した場合にも、被接合部材２の変化に合わせて弾性部材７０が変形することで、攪拌ピン５１の挿入量を一定に保ちやすくなる。

なお、弾性部材７０は、コイルばねに限定されるものではなく、板ばね、皿ばね等の金属ばねや、ゴム、高分子樹脂、スポンジ状樹脂等の高分子弾性体（エラストマー）であってもよい。さらに弾性部材７０は、空気圧、ガス圧や油圧を用いた流体ばねや、磁力や電磁力を用いた磁性ばねであってもよい。

弾性部材７０は、接合条件を考慮して、攪拌ピン５１が所定の深さにまで挿入される変形量と弾性率との関係を満たすように設定すればよい。また、弾性部材７０は、接合条件を考慮して、ショルダ６１が被接合部材２の表面に接触して、わずかに挿入される変形量と弾性率との関係を満たすように設定すればよい。弾性部材７０の設定に影響を与える接合条件としては、例えば、被接合部材２の材質や接合部の形状といった接合部材の条件や、攪拌ピン５１の挿入深さ、ショルダ６１の接触状態、回転ツール１の形状、回転速度、移動速度といった接合態様が挙げられる。

＜規制部材＞
規制部材（遊嵌規制部材）１００は、図１等に示すように、攪拌部材５０が、所定の範囲を超えて回転軸１２の基端側へ移動することを規制する部材である。規制部材１００は、本実施形態では、ホルダ２１の内部において、弾性部材７０の中空部に遊嵌状態で配置されている。規制部材１００は、摩擦攪拌接合時の反力に耐え得るように、金属、樹脂、ゴム等であって比較的硬質の材料で形成されている。規制部材１００は、本実施形態では、円柱状を呈するが、配置場所の形状に合わせて適宜形成すればよい。規制部材１００は、攪拌部材５０の移動に伴って弾性部材７０に生じる変形量が、弾性部材７０の最大たわみ量（最大許容量）を超えないように攪拌部材５０の移動を規制する。

例えば、本実施形態に係る弾性部材７０の最大たわみ量は、弾性部材７０の自由長に対して３０％変形したときに設定している。最大たわみ量とは、弾性部材７０の弾性力を発現する際に最も圧縮した量を意味する。最大たわみ量を超えると、弾性部材７０の弾性力が性能通りに発揮しなかったり、想定よりも早期に破損したりする。

図２に示すように、規制部材１００は、本実施形態では、弾性部材７０の自由長に対して、弾性部材７０のたわみ量が３０％となった場合に、規制部材１００の先端部（先端面）１００ａがスライド軸３１の基端部３１ｂに当接するとともに、基端部（基端面）１００ｂが底部２４に当接する。これにより、弾性部材７０が最大たわみ量を超えて変形することを防ぐことができる。弾性部材７０の最大たわみ量は、弾性部材７０及び規制部材１００に応じて適宜設定することができる。弾性部材７０の最大たわみ量は、例えば、２５％としてもよく、２０％としてもよく、１５％としてもよく、１０％としてもよく、５％としてもよい。

なお、本実施形態では、弾性部材７０を用いているため、「最大たわみ量」とした。また、前記したように、例えば、弾性部材を他の部材（空気圧、ガス圧や油圧を用いた流体ばねや、磁力や電磁力を用いた磁性ばね）を用いた場合は、その量を超えると、弾性力が発現しなかったり、弾性部材が破損したりする量を「最大許容量」と定義する。

また、規制部材１００は、本実施形態では、金属等の固体とし、接触させることで攪拌部材５０の移動を規制したが、例えば、空気圧、ガス圧や油圧を用いた流体ばねや、磁力や電磁力を用いた磁性ばねで非接触により攪拌部材５０の移動を規制してもよい。

また、規制部材１００は、攪拌部材５０の移動を規制するものであれば、その形状や配置は限定されない。例えば、規制部材１００は、本体部１０や攪拌部材５０の一部が規制部材１００として機能するものであってもよく、規制部材１００が本体部１０や攪拌部材５０と一体として形成されることで設けられるものであってもよく、規制部材１００が本体部１０や攪拌部材５０に対して別個の部材を取り付ける形で設けられるものであってもよい。

［１－２．接合装置］
次に、前記構成の回転ツール１を備えた接合装置３の構成を説明する。かかる接合装置３は、回転ツール１の回転軸１２に伝達する回転力を出力する動力手段（図示せず）と、回転ツール１の固定部１１を保持して回転ツールの位置制御を行う位置制御手段（図示せず）と、を備えている。接合装置３は、例えば位置制御を行うマシニングセンタにて構成されており、位置制御装置は、ＣＰＵ等にて構成され、予め入力された位置情報に基づいて、動力手段を作動させて回転ツール１を移動させる。動力手段は、回転ツール１をＸＹＺの３軸方向に移動させる。

［１－３．接合方法］
次に、本発明に係る接合方法を、図６を参照して説明する。かかる接合方法では、本実施形態の回転ツール１を、被接合部材２に対して予め設定された所定の高さ位置となるように移動させて、被接合部材２に攪拌ピン５１とショルダ６１とを所定深さで挿入して、被接合部材２に対する摩擦攪拌接合を行う。

攪拌ピン５１の挿入時には、回転ツール１を被接合部材２に向けて挿入方向に近づけるにつれて、まずは攪拌ピン５１の先端が被接合部材２に接触する。回転ツール１をさらに被接合部材２に近づけると、弾性部材７０が圧縮を受けることで、被接合部材２に向けて攪拌部材５０を付勢する弾性部材７０による弾性力が強まりながら、攪拌ピン５１が被接合部材２に挿入される。回転ツール１をさらに被接合部材２に近づけると、ショルダ６１が被接合部材２に接触する。弾性部材７０が圧縮を受けることで、被接合部材２に向けて攪拌部材５０を付勢する弾性部材７０による弾性力がより強まりながら、ショルダ６１が被接合部材２に押し付けられる。このとき、弾性部材７０のたわみ量が最大たわみ量を超えないように、弾性部材７０の変形による余力を残した状態で、攪拌ピン５１が被接合部材２に挿入されるとともに、ショルダ６１を被接合部材２にわずかに挿入することができるように弾性部材７０及び接合条件が設定されている。あるいは、弾性部材７０のたわみ量が最大たわみ量を超えないように、規制部材１００によって攪拌部材５０の移動が規制された状態で、攪拌部材５０が被接合部材２に押圧されることによって、攪拌ピン５１が被接合部材２に挿入される。

回転ツール１による接合中は、攪拌ピン５１とショルダ６１が弾性部材７０によって先端側に向けて付勢されている。図６中、左側に示すように、被接合部材２の高さが設定値に対して誤差が無い場合は、攪拌ピン５１の先端部５２が、所望の深さで被接合部材２に挿入される。ショルダ６１は、被接合部材２に対して接触した状態で、被接合部材２にわずかに挿入されるようになっている。

次に、図６中、中央部に示すように、摩擦攪拌接合を行ううちに被接合部材２の高さが誤差によって設定値より少し高くなった場合について説明する。ここで、仮に、弾性部材７０が存在せずに攪拌ピン５１をそのまま被接合部材２に押し込んでいた場合には、被接合部材２の高さが設定値に対して誤差が無い場合と比べて、被接合部材２の高さが高くなった分だけ攪拌ピン５１及びショルダ６１の挿入量が大きくなる。

これに対して、本実施形態の回転ツール１により接合を行った場合には、被接合部材２の高さが高くなったことで攪拌部材５０が被接合部材２からの上向きの反力を受けて押し上げられるとともに、この押し上げによって弾性部材７０が圧縮されて、攪拌部材５０が弾性部材７０から下向きの弾性力を受けて押し下げられる。このような被接合部材２の高さの変化に伴う上向きの反力と下向きの弾性力との釣り合う位置に、攪拌部材５０の位置が変更される。このときの攪拌ピン５１及びショルダ６１の挿入量が、被接合部材２の高さが設定値に対して誤差が無い場合の挿入量と比べて同程度となるように、弾性部材７０が設定されている。仮に、弾性部材７０の弾性力が弱すぎると、被接合部材２の高さの変化に伴う上向きの反力の方が大きくなり、挿入量が小さくなってしまう。一方、弾性部材７０の弾性力が強すぎると、被接合部材２の高さの変化に伴う下向きの弾性力の方が大きくなり、挿入量が大きくなってしまう。すなわち、被接合部材２の高さが変動して高くなった場合であっても、回転ツール１では、被接合部材２の設定値の高さに合わせて設定した所望の深さで攪拌ピン５１が被接合部材２に挿入されて、ショルダ６１が被接合部材２にわずかに挿入されるように、弾性部材７０が設定されている。

さらに、被接合部材２の高さが設定値より低くなると、図６中、右側に示すように、弾性部材７０が伸張して、攪拌部材５０が下降する。このように、被接合部材２の高さが変動して低くなった場合であっても、回転ツール１では、被接合部材２の設定値の高さに合わせて設定した所望の深さで攪拌ピン５１が被接合部材２に挿入されて、ショルダ６１が被接合部材２にわずかに挿入されるように、弾性部材７０が設定されている。

以上のように、回転ツール１では、弾性部材７０の作用によって、攪拌ピン５１及びショルダ６１が被接合部材２に対して一定の深さで挿入されるので、塑性化領域が一定の深さで形成される。したがって、安定した接合品質を得ることができる。

［１－４．作用・効果］
本実施形態に係る回転ツール１、接合装置３及び接合方法によれば、回転軸１２の軸方向に対して移動可能に設けられた攪拌部材５０が、弾性部材７０によって先端側に向けて付勢されていることによって、攪拌ピン５１を被接合部材２に挿入している間に、弾性部材７０の弾性に応じて、攪拌ピン５１が所定の深さにまで挿入される。接合部材や接合態様といった接合条件を考慮して、弾性部材７０を設定することで、攪拌ピン５１を所望の深さに挿入させることができる。つまり、回転ツール１は、弾性部材７０を用いた疑似的な荷重制御を行うことができる。

位置制御のみを行える、例えばマシニングセンタ等の接合装置に弾性部材が無い回転ツールを装着した場合には、マシニングセンタによる設定値に基づいて回転ツール１の支持高さが一定となり、攪拌部材５０の挿入位置が略一定になる。これに対して、本実施形態の回転ツール１を用いると、マシニングセンタによる回転ツール１の支持高さが一定であっても、被接合部材２の高さの変動に応じて、弾性部材７０が適宜伸縮して、攪拌部材５０が軸方向に移動する。このように、弾性部材７０の弾性を利用することで、攪拌ピン５１の被接合部材２への挿入深さを制御できるという荷重制御が可能となる。

ここで、荷重制御に関して、弾性部材として例えば、圧縮コイルばねを用いて摩擦攪拌行うと、１０００系の比較的に柔らかいアルミニウム合金に対しては攪拌ピンを挿入することができたが、硬いアルミニウム合金に対しては攪拌ピンを挿入することができないというケースがあった。

これは、圧縮コイルばねが、最大許容量（最大たわみ量）を超えて圧縮されるのを避ける必要があることによる。言い換えれば、圧縮コイルばねの最大たわみ量を超える程に回転ツールに荷重を加えることは困難である。すなわち、圧縮コイルばねの限度を超えるほどに圧縮することが必要となるような硬質な被接合部材に対して、簡易荷重制御を施しながら攪拌ピンを挿入することは困難である。仮に、圧縮コイルばねの最大たわみ量を超えると、ばねが早期に破損するおそれもある。

ところで、例えば、摩擦攪拌接合の開始位置のように、被接合部材２に対して攪拌ピン５１を接触させて、回転ツール１に加える荷重を増しながら挿入を進める際には、時間が経過して挿入量が増えるにつれて、発生する反力（発生反力）と摩擦熱による発熱が増加する。通常、摩擦攪拌接合では、攪拌ピン５１の挿入に対して攪拌ピン５１の発熱による材料の軟化が追い付かず、攪拌ピン５１を所定の深さまで押込んでいる時が最も発生反力が高くなる。被接合部材２に所定の深さまで攪拌ピン５１が挿入され回転ツール１の押込みが止まると、回転ツール１の挿入量に対して攪拌ピン５１の発熱による材料の軟化が追い付き、回転ツール１に加える荷重を軽減することができ、発生反力を低下させることができる。このような状態は「定常状態」と称されている。

図７は、第一実施形態に係る回転ツールの摩擦攪拌接合時の時間と発生反力を示すグラフである。点Ｐ１は、摩擦攪拌接合の開始位置において攪拌ピン５１を被接合部材２に最も押し込んだ位置を示している。点Ｐ２は、摩擦攪拌接合の定常状態の開始位置を示している。点Ｐ１に至るまでは右肩上がりの直線となっており、攪拌ピン５１を被接合部材２に押し込んでいる状態を示している。摩擦攪拌接合時には、攪拌ピン５１を押し込むときに発生反力が徐々に大きくなってピークを向かえ（点Ｐ１）、攪拌ピン５１の進行に応じて発生反力が少し低下した後、定常状態（点Ｐ２）となって発生反力は概ね一定となる。

本実施形態に係る回転ツール１は、攪拌部材５０の軸方向の基端側への移動を規制する規制部材１００を備えている。これにより、発生反力（荷重）が最大となる回転ツール１の挿入時や、被接合部材２の形状が大きく変化する位置においては、弾性部材７０に生じるたわみ量が、弾性部材７０の最大たわみ量を超えない範囲で、規制部材１００によって攪拌部材５０の移動が規制される。したがって、被接合部材２が比較的に硬く、大きな荷重を要する場合であっても、弾性部材７０が限度を超えて変形するのを避けることができる。これにより、比較的硬い被接合部材２に対しても、弾性部材７０を利用しながら攪拌ピン５１を挿入することができ、かつ、弾性部材７０及び回転ツール１の破損を防ぐことができる。

また、規制部材１００によって規制される攪拌部材５０が規制部材１００によって支持された状態（規制部材１００がスライド軸３１と底部２４とに当接し挟持された状態）で攪拌部材５０が被接合部材２に押圧されるとともに、接合装置によって加えられる荷重は、規制部材１００を介して攪拌部材５０に加えられることで、被接合部材２に攪拌部材５０を挿入することができる。

その後、定常状態では、発生反力（荷重）が軽減され、規制部材１００による攪拌部材５０の支持が解除されて、規制部材１００により規制されなくなった攪拌部材５０は回転軸１２の軸方向への移動を行うことができるようになる。

また、回転ツール１の大型化を防ぐために、弾性部材７０の外径や自由長は極力小さい（短い）方が好ましい。一定の外径で、弾性部材７０の自由長を短くすればするほど、ばね定数が大きくなるため、比較的硬い被接合部材２にも挿入しやすくなる。しかし、ばね定数を大きくすると、変化量に対する発生反力（荷重）が大きくなる傾向にあるため、ロバスト性が低くなる。つまり、ばね定数を大きくすると、弾性部材７０によって攪拌ピン５１が影響を受けやすくなるため、定常状態において攪拌ピン５１の動作が安定しない（制御しづらい）という問題がある。

この点、本実施形態によれば、弾性部材７０のばね定数を大きくしなくても、規制部材１００がスライド軸３１の移動を規制するため、規制部材１００を介して攪拌部材５０に応力を加えることができる。これにより、比較的硬い被接合部材２にも攪拌部材５０を挿入することができる。また、規制部材１００を設ける分、弾性部材７０のばね定数を大きくしなくてよいため、弾性部材７０の設計の自由度が増すとともに、定常状態におけるロバスト性を高めることができ、攪拌ピン５１を安定して制御することができる。

また、本体部１０は、円筒状のホルダ２１と、ホルダ２１の中心部に回転軸方向にスライド可能に収容されるとともにホルダ２１と同期回転するスライド軸３１とをさらに有し、攪拌部材５０は、スライド軸３１の先端に設けられている。これにより、本体部１０からの回転力を攪拌部材５０に伝達しつつ、攪拌部材５０を回転軸方向にスライドすることができる。

弾性部材７０は、ホルダ２１の内部に収容され、スライド軸３１の基端部とホルダ２１の基端側の底部２４との間に配置されている。これにより、弾性部材７０が攪拌ピン５１側から受ける力をホルダ２１の底部２４によって受けることができる。したがって、スライド軸３１が移動しても、弾性部材７０が攪拌ピン５１を先端側に向けて安定に付勢するため、攪拌ピン５１の荷重制御の精度を高めることができる。

また、ホルダ２１にキー溝２３が形成され、スライド軸３１にキー３２が形成されている。これにより、スライド軸３１及び攪拌部材５０が、回転軸及びホルダ２１の回転に伴って同期回転しつつ、軸方向への移動を安定した状態で許容する。したがって、攪拌部材５０の動作がより一層安定する。

弾性部材７０は、固体ばね、流体ばね、磁力、及び電磁力から選ばれる少なくとも一つによって弾性力を付与するものである。このような構成によれば、弾性部材７０の弾性を調整し易い。

攪拌部材５０は、スライド軸３１に連結して、柱状又は錐台状を呈するとともに、平面状又はすり鉢状の下端面を有し、下端面が被接合部材２に当接するショルダ６１を備えている。さらに、攪拌ピン５１は、ショルダ６１の下端面から垂下している。このような構成によれば、弾性部材７０の弾性を利用することで、攪拌ピン５１及びショルダ６１の被接合部材２への挿入深さを制御できる。また、ショルダ６１が被接合部材２の表面を押さえるので、摩擦攪拌接合後の表面の仕上がりが良好になる。

接合装置３は、回転ツール１、動力手段、及び位置制御手段を備えている。そして、位置制御手段によって回転ツール１を被接合部材２に対して所定の高さ位置となるように移動させて、被接合部材２に攪拌ピン５１を挿入して摩擦攪拌接合を行う。このような接合装置３によれば、弾性部材７０の弾性を利用することで、攪拌ピン５１の被接合部材２への挿入深さを制御する荷重制御を行いながら摩擦攪拌接合を行うことができる。

接合装置３は、回転ツール１が、攪拌ピン５１とショルダ６１を備えたコンベンショナル型の回転ツール１であって、攪拌ピン５１と、攪拌ピン５１と共に回転するショルダ６１とを、被接合部材２に挿入して、被接合部材２に対する摩擦攪拌接合を行うものである。これにより、ショルダ６１が被接合部材２の表面を押さえるので、摩擦攪拌接合後の表面の仕上がりが良好になる。

本接合方法は、回転ツール１を、被接合部材２に対して所定の高さ位置となるように移動させて、被接合部材２に攪拌ピン５１を挿入して、被接合部材２に対する摩擦攪拌接合を行う。本接合方法によれば、弾性部材７０の弾性を利用することで、攪拌ピン５１の被接合部材２への挿入深さを制御する荷重制御を行いながら摩擦攪拌接合を行うことができる。

本接合方法は、回転ツール１が、攪拌ピン５１とショルダ６１を備えたコンベンショナル型の回転ツール１であって、攪拌ピン５１と、攪拌ピン５１と共に回転するショルダ６１とを、被接合部材２に挿入して、摩擦攪拌接合を行う方法である。これにより、ショルダ６１が被接合部材２の表面を押さえるので、摩擦攪拌接合後の表面の仕上がりが良好になる。

以上説明したように、回転ツール１、接合装置３、及び接合方法によれば、位置制御のみを行うマシニングセンタに装着した状態であっても、弾性部材７０を利用して荷重制御を行いながら摩擦攪拌接合を行うことができる。また、回転ツール１、接合装置３、及び接合方法によれば、規制部材１００を利用することで、比較的硬い被接合部材に対しても弾性部材７０の破損を防いで攪拌ピンを挿入するとともに、荷重制御を行いながら摩擦攪拌接合を行うことができる。

［２．第一変形例］
次に、図８及び図９を参照しながら、第一変形例に係る回転ツール１Ａについて説明する。図８及び図９に示すように、第一変形例に係る回転ツール１Ａは、ホルダ２１の内部に、スライド手段８０が設けられている。スライド手段８０は、ホルダ２１の内周面に設けられている。スライド手段８０は、ホルダ２１の内周面に形成されたベアリング溝８１と、ベアリング溝８１内を摺動する複数のボール８２，８２・・とで構成されている。ベアリング溝８１は、側面視で軸方向に長い長円状に形成されている。ベアリング溝８１の深さは、ボール８２の直径よりも小さくなっている。ボール８２は、ベアリング溝８１の内部に複数個配設される。ボール８２の一部がスライド軸３１の外周面に摺接するとともに他の部分がベアリング溝８１の内面に摺接する。なお、その他の構成については、前記実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。このような構成の回転ツール１Ａによれば、ホルダ２１に対してスライド軸３１を軸方向にスムーズに移動させることができる。

［３．第二変形例］
次に、図１０を参照しながら、第二変形例に係る回転ツール１Ｂについて説明する。第一実施形態では、攪拌部材５０は攪拌ピン５１とショルダ６１とを備えたコンベンショナル型であるが、これに限定されるものではない。第二変形例の攪拌部材５０ａは、図１０に示すように、ショルダのないショルダレス型となっている。その他の構成は前記実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。

ショルダレス型の攪拌部材５０ａは、スライド軸３１に連結される円柱状の連結部４１と、連結部４１の先端部４１ａに一体的に形成される攪拌ピン５３とを有している。連結部４１は、その径がスライド軸３１よりも小さくなっており、スライド軸３１の先端部（先端面）３１ａに設けられた円柱状の凹部３１ｃ内に連結部４１が挿入されている。この状態で、攪拌部材５０ａがスライド軸３１と固定されていることで、攪拌部材５０ａがスライド軸３１の先端に設けられている。よって、攪拌部材５０ａは、スライド軸３１と同期回転するとともに、スライド軸３１のスライド移動によって、回転軸１２の軸方向に移動する。

攪拌ピン５３は、その基端部５４において連結部４１の先端部（先端面）４１ａと一体形成されており、連結部４１の先端部（下端面）４１ａから先端側へ突出（垂下）している。また、攪拌ピン５３は、その先端部５５が基端部５４側から先端に向かうにつれて先細りになっている。攪拌ピン５３は、基端部５４の径が、連結部４１の先端部４１ａの径よりも大きくなっており、スライド軸３１の径よりも小さくなっている。攪拌ピン５１ａの外周面に螺旋溝を設けてもよい。

なお、本変形例では、攪拌ピン５３の基端部５４と連結部４１の先端部４１ａとは径が異なり、両者の外周面に段差を有しているが、攪拌ピン５３の基端部５４と連結部４１の先端部４１ａとは径が同じであり、両者の外周面が連続して形成されていてもよい。また、本変形例では、攪拌ピン５３の基端部５４とスライド軸３１の先端部３１ａとは径が異なり、両者の外周面に段差を有しているが、攪拌ピン５３の基端部５４とスライド軸３１の先端部３１ａとは径が同じであり、両者の外周面が連続して形成されていてもよい。また、本変形例では、攪拌部材５０ａがスライド軸３１と別体として設けられ、両者が連結される場合を例示したが、攪拌部材５０ａとスライド軸３１とが一体として形成されていてもよい。また、連結部４１の形状は、円柱状に限定されるものではなく、錐台状であってもよい。

本実施形態に係る回転ツール１Ｂによれば、第一実施形態に係る回転ツール１と同様に、弾性部材７０の弾性を利用することで、攪拌ピン５３の被接合部材２への挿入深さを制御できるという荷重制御が可能となる。また、本実施形態のショルダレス型の攪拌部材を備えた回転ツール１Ｂによれば、摩擦攪拌接合時の回転ツール１Ｂの押圧力を低減することができる。

また、このようなショルダレス型の攪拌部材を備えた回転ツール１Ｂを備えた接合装置及び接合方法では、位置制御手段によって、回転ツール１Ｂを被接合部材に対して所定の高さ位置となるように移動させて、被接合部材に対してスライド軸３１及び連結部４１を離間させた状態で、被接合部材２に攪拌ピン５３のみを挿入して、被接合部材２に対する摩擦攪拌接合を行う。以上のような、接合装置及び接合方法によれば、回転ツール１Ｂのショルダ部を押し込む場合に比べて塑性化領域の幅を小さくすることができるとともに、回転ツール１Ｂの押圧力を低減することができる。また、回転ツール１のショルダ部を押し込む場合に比べて摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。また、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、突合せ部の深い位置を接合することができる。また、連結部４１を設けることで、連結部４１に一体的に形成される攪拌ピン５３とスライド軸３１との着脱を容易に行うことができる。

［４．第二実施形態］
次に、図１１及び図１２を参照しながら、第二実施形態に係る回転ツール１Ｃについて説明する。第二実施形態に係る回転ツール１Ｃは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５３とを有する攪拌部材５０ａ、弾性部材７０、及び規制部材１００Ｃを備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る規制部材（基端側固定規制部材）１００Ｃは、ホルダ２１の底部２４に固定されて設けられている。つまり、規制部材１００Ｃの基端部１００Ｃｂと底部２４とが常に接続されている。図１２に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、規制部材１００Ｃの先端部１００Ｃａとスライド軸３１の基端部３１ｂとが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５３（攪拌部材５０ａ）の基端側への移動を規制することができる。

本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、規制部材１００Ｃがホルダ２１の底部２４に設けられていることにより、規制部材がホルダ２１の内部を遊動することによって規制部材と弾性部材７０とが接触することを避けることができる。また、規制部材１００Ｃを定位置に固定することができるため、規制部材１００Ｃの先端部１００Ｃａとスライド軸３１の基端部３１ｂとを一定の位置で当接させることができ、回転ツール１Ｃの挿入に伴い発生する反力を所定の位置で受け止めて安定的な動作を行わせることができる。

［５．第三実施形態］
次に、図１３及び図１４を参照しながら、第三実施形態に係る回転ツール１Ｄについて説明する。第三実施形態に係る回転ツール１Ｄは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５３を有する攪拌部材５０ａ、弾性部材７０、及び規制部材１００Ｄを備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る規制部材（先端側固定規制部材）１００Ｄは、スライド軸３１に固定されて設けられている。つまり、規制部材１００Ｄの先端部１００Ｄａとスライド軸３１の基端部３１ｂとが常に接続されている。図１４に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、規制部材１００Ｄの基端部１００Ｄｂとホルダ２１の底部２４とが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５３（攪拌部材５０ａ）の基端側への移動を規制することができる。

本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、規制部材１００Ｄがスライド軸３１に設けられていることにより、規制部材がホルダ２１の内部を遊動することによって規制部材と弾性部材７０とが接触することを避けることができる。また、規制部材１００Ｄを定位置に固定することができるため、規制部材１００Ｄの基端部１００Ｄｂとホルダ２１の底部２４とを一定の位置で当接させることができ、回転ツール１Ｄの挿入に伴い発生する反力を所定の位置で受け止めて安定的な動作を行わせることができる。

［６．第四実施形態］
次に、図１５及び図１６を参照しながら、第四実施形態に係る回転ツール１Ｅについて説明する。第四実施形態に係る回転ツール１Ｅは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５３とを有する攪拌部材５０ａ、弾性部材７０、及び規制部材１００Ｅを備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る規制部材（中間規制部材）１００Ｅは、スライド軸３１の外周面（側面部）に固定されて設けられている。特には、規制部材１００Ｅは、スライド軸３１の軸方向中央の外周面に設けられている。規制部材１００Ｅは、スライド軸３１の外周面から垂直に径外方向に張り出す板状部材である。規制部材１００Ｅは単数でもよいし複数個形成されていてもよい。規制部材１００Ｅは、ホルダ２１に径外方向に貫通する貫通孔Ｍ内を、スライド軸３１の移動に伴い軸方向に移動するように形成されている。図１６に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、規制部材１００Ｅと貫通孔Ｍの基端側の孔壁（ホルダの中間部）Ｍａとが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５３（攪拌部材５０ａ）の基端側への移動を規制することができる。

なお、本実施形態では、ホルダ２１の貫通孔Ｍを「中間部」としたが、ホルダ２１の他の部位を「中間部」に設定し、当該中間部と規制部材１００Ｅとを当接させてもよい。また、キー溝２３とキー３２とによって、貫通孔Ｍと規制部材１００Ｅとを実現してもよい。

本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、規制部材１００Ｅがスライド軸３１の外周面に設けられていることにより、ホルダ２１の内部に収容される弾性部材７０との干渉を避けることができる。このため、例えば弾性部材の構造、形状、動作、又は機能の影響により、規制部材を弾性部材とともにホルダ２１の内部に収納することができない場合であっても、外周面に設けられた規制部材１００Ｅによって、攪拌部材５０ａの移動を規制することができる。したがって、設計の自由度を増すことができる。

［７．第五実施形態］
次に、図１７及び図１８を参照しながら、第五実施形態に係る回転ツール１Ｆについて説明する。第五実施形態に係る回転ツール１Ｆは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５１Ｂ５３とを有する攪拌部材５０ａ、弾性部材７０、及び規制部材１００Ｆを備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る規制部材（先端側規制部材）１００Ｆは、スライド軸３１の外周面（側面部）に固定されて設けられている。特には、規制部材１００Ｆは、スライド軸３１の先端側の外周面に設けられている。規制部材１００Ｆは、スライド軸３１の外周面から垂直に径外方向に張り出す板状部材である。規制部材１００Ｆは単数でもよいし複数個形成されていてもよい。図１８に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、規制部材１００Ｆとホルダ２１の先端部２１ａとが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５３（攪拌部材５０ａ）の基端側への移動を規制することができる。

本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、規制部材１００Ｆがスライド軸３１の外周面に設けられていることにより、ホルダ２１の内部に収容される弾性部材７０との干渉を避けることができる。このため、例えば弾性部材の構造、形状、動作、又は機能の影響により、規制部材を弾性部材とともにホルダ２１の内部に収納することができない場合であっても、外周面に設けられた規制部材１００Ｆによって、攪拌部材５０ａの移動を規制することができる。したがって、設計の自由度を増すことができる。また、キー溝２３とキー３２とによって貫通孔Ｍと規制部材１００Ｅを実現して、規制部材１００Ｅとキー溝２３とが当接する場合と比べて、本実施形態によれば、規制部材１００Ｆとホルダ２１の先端部２１ａとが当接するため、キー溝２３に負荷が加わることを避けることができる。

［８．第六実施形態］
次に、図１９及び図２０を参照しながら、第六実施形態に係る回転ツール１Ｇについて説明する。第六実施形態に係る回転ツール１Ｇは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５３とを有する攪拌部材５０ａ、弾性部材７０、及び規制部材１００Ｇを備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る規制部材（先端面規制部材）１００Ｇは、スライド軸３１の先端部（先端面）３１ａに固定されて設けられている。規制部材１００Ｇは、スライド軸３１の先端部（先端面）３１ａから垂直に径外方向に張り出す板状部材である。規制部材１００Ｇは、スライド軸３１の外周面よりも外側に張り出している。規制部材１００Ｇは単数でもよいし複数個形成されていてもよい。図２０に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、規制部材１００Ｇとホルダ２１の先端部２１ａとが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５３（攪拌部材５０ａ）の基端側への移動を規制することができる。

本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、規制部材１００Ｇがスライド軸３１の先端部に設けられていることにより、ホルダ２１の内部に収容される弾性部材７０との干渉を避けることができる。このため、例えば弾性部材の構造、形状、動作、又は機能の影響により、規制部材を弾性部材とともにホルダ２１の内部に収納することができない場合であっても、先端部に設けられた規制部材１００Ｇによって、攪拌部材５０ａの移動を規制することができる。したがって、設計の自由度を増すことができる。また、キー溝２３とキー３２とによって貫通孔Ｍと規制部材１００Ｅを実現して、規制部材１００Ｅとキー溝２３とが当接する場合と比べて、本実施形態によれば、規制部材１００Ｇとホルダ２１の先端部２１ａとが当接するため、キー溝２３に負荷が加わることを避けることができる。

［９．第七実施形態］
次に、図２１及び図２２を参照しながら、第七実施形態に係る回転ツール１Ｈについて説明する。第七実施形態に係る回転ツール１Ｈは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５３ｈとを有する攪拌部材５０ｈ、及び弾性部材７０を備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る攪拌部材５０ｈは、第二変形例と同じように、ショルダレス型の攪拌部材となっている。攪拌部材５０ｈの基端部５４ｈの外径は、スライド軸３１の外径よりも大きくなっている。また、攪拌部材５０ｈの基端部５４ｈの外径は、ホルダ２１の収納凹部２２の内径よりも大きくなっている。また、攪拌ピン５３ｈは、その先端部５５ｈが基端部５４ｈ側から先端に向かうにつれて先細りになっている。図２２に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、攪拌ピン５３ｈの基端部５４ｈとホルダ２１の先端部２１ａとが当接し、スライド軸３１及び攪拌部材５０ｈの基端側への移動を規制することができる。つまり、本実施形態では、攪拌部材５０ｈそのものが、規制部材となっている。

本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、攪拌部材５０ｈが規制部材として機能することにより、ホルダ２１の内部に収容される弾性部材７０との干渉を避けることができる。このため、例えば弾性部材の構造、形状、動作、又は機能の影響により、規制部材を弾性部材とともにホルダ２１の内部に収納することができない場合であっても、攪拌部材５０ｈによって、攪拌部材５０ｈそれ自体の移動を規制することができる。したがって、設計の自由度を増すことができる。

［１０．その他］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。前記実施形態では、ホルダ２１にキー溝２３が形成され、スライド軸３１にキー３２が形成されているが、これに限定されるものではない。ホルダ２１にキーを形成し、スライド軸３１にキー溝を形成してもよい。

また、前記実施形態では、弾性部材７０は、ホルダ２１の内部に収容され、スライド軸３１の基端部とホルダ２１の基端側の底部２４との間に配置されているがこれに限定されるものではない。弾性部材７０は、攪拌部材５０を先端側に付勢する位置であればどこに配置してもよい。また、弾性部材７０の配置に合わせて規制部材の配置を変更してもよい。例えば、スライド軸の下部を囲うように配置してもよい。この場合、弾性部材７０がスライド軸３１と攪拌部材５０との中間部付近に位置するとともに、弾性部材７０がスライド軸３１の周方向に均等に作用する。したがって、スライド軸３１が移動しても、弾性部材７０が攪拌部材５０を先端側に向けて安定に付勢する。したがって、攪拌部材５０の荷重制御の精度を高めることができる。また、スライド軸３１の上端部において、上端部側に向けて柱状形状に伸長された伸長部が形成されており、このスライド軸３１の伸長部を囲うとともに、ホルダ２１の基端側の底部２４との間に弾性部材７０を装着してもよい。このとき、ホルダ２１の内径に合わせて伸長部をスライド軸３１よりも小さい径に形成してもよい。このような場合も攪拌部材５０の荷重制御の精度を高めることができる。

また、前記実施形態では、規制部材１００が円柱状であって、規制部材１００が弾性部材７０の中空部に配置されている場合を例示して説明した。規制部材は、内径が弾性部材７０の外径よりも大きい筒状であってもよい。この場合、規制部材の内側に弾性部材７０が配置されて、規制部材が弾性部材７０の外側を覆うように配置されていてもよい。

１ 回転ツール
２ 被接合部材
３ 接合装置
１０ 本体部
１１ 固定部
１２ 回転軸
２１ ホルダ
２３ キー溝
３１ スライド軸
３２ キー
５０ 攪拌部材
５１ 攪拌ピン
６１ ショルダ
７０ 弾性部材
１００ 規制部材

Claims (15)

1. 被接合部材の摩擦攪拌接合を行う接合装置に用いられる回転ツールであって、
   前記接合装置に取り付けて固定される固定部と、前記接合装置からの回転力を伝達する回転軸とを有する本体部、
   前記被接合部材に挿入されて前記被接合部材に対する摩擦攪拌を行う攪拌ピンを有し、前記回転軸からの回転力を受けて回転可能に設けられるとともに、前記回転軸の軸方向に対して移動可能に前記本体部に設けられる攪拌部材、
   前記回転軸の軸方向に対して、前記攪拌部材を先端側に向けて付勢する弾性部材、及び
   前記攪拌部材が前記回転軸の軸方向の基端側へ移動することを規制する規制部材、を備え、
   前記規制部材は、前記攪拌部材の移動に伴って前記弾性部材に生じる変形量が、前記弾性部材の最大許容量を超えないように、前記攪拌部材の移動を規制する、
   ことを特徴とする回転ツール。
2. 前記本体部は、前記回転軸に取り付けられた中空筒状のホルダと、前記ホルダの中心部に回転軸方向にスライド可能に収容されるとともに前記ホルダと同期回転するスライド軸とをさらに有し、
   前記攪拌部材は、前記スライド軸の先端に設けられ、
   前記スライド軸は、前記弾性部材を介して前記攪拌部材の先端側に向けて付勢されており、
   前記規制部材は、前記スライド軸が前記回転軸の軸方向の基端側へ移動することを規制する、
   請求項１に記載の回転ツール。
3. 前記規制部材は、前記ホルダ内に設けられており、
   前記スライド軸の移動に伴い、前記スライド軸の基端部及び前記ホルダの基端側の底部と前記規制部材とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制される、
   請求項２に記載の回転ツール。
4. 前記規制部材は、前記ホルダの基端側の底部に設けられており、
   前記スライド軸の移動に伴い、前記スライド軸の基端部と前記規制部材とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制される、
   請求項２に記載の回転ツール。
5. 前記規制部材は、前記スライド軸の基端部に設けられており、
   前記スライド軸の移動に伴い、前記ホルダの基端側の底部と前記規制部材とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制される、
   請求項２に記載の回転ツール。
6. 前記規制部材は、前記スライド軸の外周面に設けられており、
   前記スライド軸の移動に伴い、前記規制部材と前記ホルダの中間部が接触することで、前記スライド軸の移動が規制される、
   請求項２に記載の回転ツール。
7. 前記規制部材は、前記スライド軸の外周面に設けられており、
   前記スライド軸の移動に伴い、前記規制部材と前記ホルダの先端部とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制される、
   請求項２に記載の回転ツール。
8. 前記規制部材は、前記スライド軸の先端部に設けられており、
   前記スライド軸の移動に伴い、前記規制部材と前記ホルダの先端部とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制される、
   請求項２に記載の回転ツール。
9. 前記攪拌部材が、前記規制部材であり、
   前記スライド軸の移動に伴い、前記攪拌部材と前記ホルダの先端部とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制される、
   請求項２に記載の回転ツール。
10. 前記攪拌部材は、前記スライド軸に連結して、柱状又は錐台状を呈するとともに、平面状又はすり鉢状の下端面を有し、前記下端面が前記被接合部材に当接するショルダをさらに有し、
    前記攪拌ピンは、前記ショルダの前記下端面から垂下している、
    請求項２乃至請求項９のいずれか１項に記載の回転ツール。
11. 前記攪拌部材は、前記スライド軸に連結して、柱状又は錐台状を呈する連結部をさらに有し、
    前記攪拌ピンは、前記連結部の下端面から垂下している、
    請求項２乃至請求項９のいずれか１項に記載の回転ツール。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転ツールを備える接合装置であって、
    前記回転ツールの前記回転軸に伝達する回転力を出力する動力手段、及び
    前記回転ツールの前記固定部を保持して、前記回転ツールの位置制御を行う位置制御手段を備え、
    前記位置制御手段によって前記回転ツールを前記被接合部材に対して所定の高さ位置となるように移動させて、前記被接合部材に前記攪拌ピンを挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、
    ことを特徴とする接合装置。
13. 前記回転ツールは、請求項１０に記載の回転ツールであって、
    前記攪拌ピンと、前記攪拌ピンと共に回転する前記ショルダとを、前記被接合部材に挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、
    請求項１２に記載の接合装置。
14. 前記回転ツールは、請求項１１に記載の回転ツールであって、
    前記被接合部材に対して前記連結部を離間させた状態で、前記被接合部材に回転する前記攪拌ピンのみを挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、
    請求項１２に記載の接合装置。
15. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転ツールを、前記被接合部材に対して所定の高さ位置となるように移動させて、前記被接合部材に前記攪拌ピンを挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、
    ことを特徴とする接合方法。

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