TW202235191A - 旋轉工具、接合裝置以及接合方法 - Google Patents

Abstract

提供在裝備於加工中心的狀態下進行負載控制之旋轉工具、接合裝置以及接合方法。 包括：本體部(10)、攪拌銷(50)以及肩部(60)。本體部(10)具有固定部(11)以及旋轉軸(12)。攪拌銷(50)可旋轉並且對於旋轉軸(12)的軸方向可移動地被配置於本體部(10)，被插入被接合構件(2)而進行摩擦攪拌。肩部(60)被構成為與攪拌銷(50)不同的個體，不承受來自本體部(10)的旋轉力、對於旋轉軸(12)的軸方向可移動地被設置於本體部(10)，在接觸被接合構件(2)的狀態下推壓被接合構件(2)。攪拌銷(50)以及肩部(60)係，可相對旋轉、同時構成為以對於旋轉軸(12)的軸方向一體地移動的方式而被安裝的組立體(70)。更包括：第一彈性構件(51)，對於旋轉軸(12)的軸方向將組立體(70)偏壓朝向攪拌銷(50)的頂端側。

Description

旋轉工具、接合裝置以及接合方法

本發明係關於一種被用於摩擦攪拌接合的旋轉工具、接合裝置以及接合方法。

作為用於進行摩擦攪拌接合的接合裝置，已知為了控制對於被接合構件之旋轉工具的推入量，進行負載控制，與進行位置控制。負載控制主要係，因機器人（機械手臂）被用於接合裝置，位置控制主要係，因加工中心（MC）被用於接合裝置。

作為進行負載控制的接合裝置，例如在專利文獻1中所揭露的。專利文獻1的接合裝置係，為了對應接合條件以適當的制度得到良好的接合品質，控制肩部構件或銷構件朝被接合物的壓入深度。這種接合裝置係，為了控制壓入深度，基於藉由壓入基準點設定部所設定的壓入基準點，來控制銷構件對於肩部構件的相對位置。接合裝置係，為了進行前述控制，包括加壓力檢測部、壓力基準點設定部或是工具驅動控制部等。 [先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利公開2012-196681號公報

[發明所欲解決的問題]

專利文獻1的接合裝置係，由於進行負載控制，所以因構造複雜而高價，因此在近年來，要求可裝備在僅進行位置控制之相對廉價的加工中心、並且可進行負載控制的旋轉工具。

根據如此之觀點，本發明係，以提供在裝備於加工中心的狀態下進行負載控制之旋轉工具、接合裝置以及接合方法為課題。 [解決問題的手段]

本發明係為一種旋轉工具，被用於進行被接合構件的摩擦攪拌接合之接合裝置，包括：本體部，具有固定部以及旋轉軸，其中前述固定部係安裝於前述接合裝置而被固定，前述旋轉軸傳達來自前述接合裝置的旋轉力；攪拌銷，承受來自前述本體部的旋轉力而可旋轉、並且對於前述旋轉軸的軸方向可移動地被配置於前述本體部，被插入前述被接合構件而對於前述被接合構件進行摩擦攪拌；以及、肩部，被構成為與前述攪拌銷不同的個體，不承受來自前述本體部的旋轉力、對於前述旋轉軸的軸方向可移動地被設置於前述本體部，在接觸前述被接合構件的狀態下推壓前述被接合構件；前述攪拌銷以及前述肩部係，可相對旋轉、同時構成為以對於前述旋轉軸的軸方向一體地移動的方式而被安裝的組立體。前述旋轉工具更包括：第一彈性構件，對於前述旋轉軸的軸方向將前述組立體偏壓朝向前述攪拌銷的頂端側。

在本發明的旋轉工具中，較佳為，前述本體部更具有：保持器，為圓筒狀，被安裝於前述旋轉軸；以及滑動軸，在前述保持器的中心部可朝旋轉軸方向滑動地被收容，同時與前述保持器同步旋轉；前述組立體係，被設置於前述滑動軸的頂端；前述滑動軸係，經由前述第一彈性構件而被偏壓朝向前述組立體的頂端側。

在本發明的旋轉工具中，較佳為，前述第一彈性構件係，以包圍前述滑動軸的下部的方式而被配置。

在本發明的旋轉工具中，較佳為，前述第一彈性構件係，被收容於前述保持器的內部，被配置於前述滑動軸的基端部以及前述保持器的前述固定部側之間。

在本發明的旋轉工具中，較佳為，前述保持器以及前述滑動軸的任一個，被形成朝前述旋轉軸的軸方向之長條溝狀的鍵槽，另一個，被形成設置在與前述旋轉軸的軸方向交叉的方向、並嵌入前述鍵槽的鍵；伴隨著朝前述滑動軸的旋轉軸的軸方向之移動，前述鍵使前述鍵槽的內部沿著前述旋轉軸的軸方向移動；伴隨著前述保持器的旋轉，藉由前述鍵與前述鍵槽在周方向抵接，前述保持器以及前述滑動軸係同步旋轉。

在本發明的旋轉工具中，較佳為，在前述肩部以及前述攪拌銷之間被設置軸承。

在本發明的旋轉工具中，較佳為，更包括第二彈性構件，對於前述旋轉軸的軸方向將前述肩部偏壓朝向前述攪拌銷的頂端側。

在本發明的旋轉工具中，較佳為，更包括：保持部，將前述肩部保持在無旋轉狀態。

在本發明的旋轉工具中，較佳為，前述第一彈性構件係，為藉由從固體彈簧、流體彈簧、磁力、以及電磁力被選出之至少一種賦予彈性力的彈性構件。

第二個本發明係，為一種包括如請求項1至9中任一項所述的旋轉工具的接合裝置，包括：動力裝置，輸出傳達至前述旋轉工具的前述旋轉軸之前述旋轉力；以及，位置控制裝置，保持前述旋轉工具的前述固定部而進行前述旋轉工具的位置控制；藉由前述位置控制裝置使前述旋轉工具以對於前述被接合構件位於既定的高度位置的方式移動，一邊對於前述被接合構件推壓前述肩部，一邊將前述攪拌銷插入前述被接合構件，對於前述被接合構件進行摩擦攪拌接合。

在本發明的接合裝置中，較佳為，更包括：前述保持部，將前述肩部保持在無旋轉狀態。

第三個本發明係，為一種接合方法，包括：將如請求項1至11中任一項所述的旋轉工具，以對於前述被接合構件位於既定的高度位置的方式移動，一邊對於前述被接合構件推壓前述肩部，一邊將旋轉的前述攪拌銷插入前述被接合構件，對於前述被接合構件進行摩擦攪拌接合。

依據本發明的接合裝置以及接合方法，與請求項1的旋轉工具相同地，即使被使用於加工中心，可進行模擬的負載控制，並且使摩擦攪拌接合後的表面處理變得良好。 [發明的功效]

依據有關本發明之旋轉工具、接合裝置以及接合方法，可利用彈性構件進行負載控制。

以下，針對本發明的實施例，適當地一邊參照圖式一邊進行說明。本發明係不僅限定於以下的實施例。又，本實施例中之構成要素係，可適當地將一部分或全部組合。此外，圖式係，用於概念性地說明本發明，所表現的各構成要素的尺寸或比例有著與實際之物相異的情況。

[1.旋轉工具] 首先，說明有關本實施例的旋轉工具的構成。如第1圖所示，有關本實施例的旋轉工具1係，被用於進行被接合構件2(參照第4圖)的摩擦攪拌接合之接合裝置3(參照第1圖)，一邊旋轉一邊被插入被接合構件2的對接部。這種旋轉工具1係，包括本體部10、攪拌銷50、肩部60、第一彈性構件51。攪拌銷50以及肩部60係，可相對旋轉、同時構成為以對於旋轉軸的軸方向一體地移動的方式而被安裝的組立體70。又，旋轉工具1係包括保持部80。

＜本體部＞ 本體部10係，例如為被固定於加工中心等的接合裝置3的部分，包括固定部11以及旋轉軸12。固定部11係，為被安裝於接合裝置3而固定的部位，呈現圓筒形狀。固定部11係為卡持機構，藉由與設置於接合裝置3之成為一對的卡持機構合作，可將固定部11裝卸自如地固定在接合裝置。作為卡持機構係，例如設置在固定部11的槽，與設置在接合裝置3、嵌合於固定部11側的槽而被夾住的爪之類的係被舉出。在與固定部11之被安裝於接合裝置3之側的另一端側(第1圖中的下側)，旋轉軸12係連接而被設置。旋轉軸12係呈現圓柱形狀。旋轉軸12係，為將來自接合裝置3的旋轉力傳達至攪拌銷50的部位，經由固定部11與接合裝置3的旋轉軸(未圖示)連接。

如第2圖和第3圖所示，本體部10係，更包括保持器21、滑動軸31。

＜保持器＞ 保持器21係，為被安裝於旋轉軸12、與旋轉軸12同步旋轉、支撐滑動軸31以及攪拌銷50的部位。保持器21係，呈現上部封閉之有底圓筒形狀，在內部的中空部係成為滑動軸31被插入的收納凹部22。收納凹部22係，呈現圓柱形狀，朝向旋轉軸12的軸方向的兩側(第1圖中的上下兩側)開口。在保持器21的圓筒主體部係，形成有鍵槽23。鍵槽23係，沿旋轉軸12的軸方向(第1圖中的上下方向)形成為長條的長圓形，從保持器21的外周面貫穿到內周面。尚且，鍵槽23係，不貫穿圓筒主體部亦可，在圓筒主體部的內周面形成槽狀亦可。鍵槽23係，在圓筒主體部的圓周方向上以180°間隔配置，彼此相向而形成在兩個地方。尚且，鍵槽23的個數係，不限定於兩個，一個亦可，三個以上亦可。

＜滑動軸＞ 滑動軸31係，在旋轉軸方向(第1圖中的上下方向)可滑動地被收納於保持器21的中心部的收納凹部22，且為與保持器21同步旋轉(一同旋轉)的部位。滑動軸31係，呈現圓柱形狀，具有可收納於收納凹部22的外徑。在滑動軸31的外周面係，設置朝外側突出的鍵32。鍵32係，在滑動軸31的基端部(旋轉軸12側的端部：第1圖中的上端部)，被固定在相當於鍵槽23的位置，被插入鍵槽23。鍵32係，在旋轉軸方向呈現較長的長圓形狀，包括與鍵槽23同等的寬度尺寸，並且包括比鍵槽23的長邊方向尺寸更短的長度尺寸。也就是，鍵32係，嵌合於鍵槽23的寬度方向並且可移動於長邊方向。尚且，鍵32的形狀係，不限於長圓形狀，只要包括與鍵槽23同等的寬度尺寸的話，為圓形或橢圓形、長橢圓、長方形等其他形狀亦可。在滑動軸31的頂端部(遠離接合裝置3之側的端部：第1圖中的下端部)係，一體地設置有攪拌銷50。因此，攪拌銷50係藉由被第一彈性構件51朝頂端側偏壓，被偏壓朝滑動軸31的頂端側(遠離接合裝置3之側：第1圖中的下側)。

＜攪拌銷＞ 攪拌銷50係，承受來自本體部10的旋轉力、旋轉且插入被接合構件2而對於被接合構件2進行摩擦攪拌的部位。攪拌銷50係，例如藉由工具鋼形成為圓柱形狀。攪拌銷50的頂端部52(第1圖中的下端部)係，朝向頂端而逐漸變細。攪拌銷的頂端部52的頂端係，為與軸方向正交的平坦面狀。擴大直徑的鍔部53係被一體成形在攪拌銷50的基端部。鍔部53係，與滑動軸31一體成形，攪拌銷50以及鍔部53係藉由滑動軸31的滑動移動，而朝旋轉軸的軸方向移動。鍔部53係，具有比滑動軸31更大的徑長，在鍔部53與滑動軸31的連接部(鍔部53的基端部)，形成俯視觀之為環狀的段部54。鍔部53係，作為承受來自滑動軸31的後端側(接近接合裝置3之側：第1圖中的上側)的第一彈性構件51的彈性力承受部而發揮功能。又，鍔部53係，作為支撐設置於攪拌銷50的頂端側(第1圖中的下側)之肩部60的支撐部而發揮功能。

＜肩部＞ 肩部60係，為在接觸被接合構件的狀態下推壓被接合構件的部位。肩部60係，被構成為與攪拌銷50不同的個體，被設置為可與攪拌銷50相對旋轉，不承受來自本體部10的旋轉力。肩部60係，對於攪拌銷50與旋轉軸12的軸方向為不可相對移動，與攪拌銷50一起朝軸方向移動。也就是，肩部60係，對於保持器21為可朝軸方向移動。具體而言，肩部60係，例如藉由工具鋼形成。肩部60係，呈現圓筒形狀，以包圍攪拌銷50的方式被配置成同軸狀。也就是，在肩部60的中空部61，攪拌銷50係被插入。中空部61的基端部(第1圖中的上端部)係擴大直徑，中介地設置於攪拌銷50以及肩部60之間的軸承63係被插入。軸承63係，以包圍攪拌銷50的方式被配置。藉此，肩部60係，對於攪拌銷50可相對旋轉並且在軸方向上不能相對移動。

肩部60的頂端面係，與攪拌銷50的頂端部52的推拔面的基端部為同一高度。也就是，攪拌銷50的頂端部52從肩部60的頂端面朝向頂端側突出。肩部60係，藉由滑動軸31的滑動移動，與被一體地連接於滑動軸31的攪拌銷50一起朝旋轉軸12的軸方向移動。

如上所述，攪拌銷50與肩部60係，被一體化，成為一起朝旋轉軸12的軸方向移動的組立體70。也就是，組立體70係，被設置於滑動軸31的頂端。

＜第一彈性構件＞ 第一彈性構件51係，為對於旋轉軸的軸方向將包括攪拌銷50以及肩部60之組立體70偏壓朝向頂端側的部位。第一彈性構件51係，例如以螺旋彈簧構成，以包圍滑動軸31的下部的外周面的方式而被配置。第一彈性構件51係，裝備在組立體70的鍔部53與保持器21的頂端之間。第一彈性構件51係，對於自組立體70側承受的力，可將組立體70偏壓朝向頂端側。

第一彈性構件51的彈性係，在對於由鋁、銅、鎂及其合金中所構成的群組中所選出的至少一種材料構成的被接合構件2，將攪拌銷50以既定的推入負載插入的情況下，在藉由第一彈性構件51之攪拌銷50的全部可動範圍(在鍵槽23內的鍵32的可動長度)內，以在既定的範圍內使攪拌銷50位移而插入的方式被設定。例如，在第一彈性構件51為線圈彈簧的情況下，並且在施加於第一彈性構件51的負載以100公斤至5噸插入的情況下，對於第一彈性構件51的自由長度，以第一彈性構件51的撓曲量為0~30%的範圍變形的狀態中、攪拌銷50插入被接合構件2並且肩部60推壓被接合構件2的方式設定。藉此，在對於被接合構件2在一定的高度將攪拌銷50推入的情況下，即使在被接合構件2的高度改變的情況下，藉由配合被接合構件的改變而第一彈性構件51變形，使攪拌銷50的插入量容易保持為一定。

尚且，第一彈性構件51係，不限定於螺旋彈簧，為板簧、碟形彈簧等金屬彈簧，或橡膠、高分子樹脂、海綿狀樹脂等高分子彈性體(elastomer)亦可。此外，第一彈性構件51係，為使用大氣壓、氣體壓或液壓的流體彈簧，或是使用磁力或電磁力的磁性彈簧亦可。

第一彈性構件51係，考慮到接合條件，以滿足攪拌銷50插入至既定深度為止的變形量與彈性係數之間的關係的方式設定亦可。又，第一彈性構件51係，考慮到接合條件，在推抵被接合構件2之肩部60與被接合構件2接觸的狀態下，滿足可不插入被接合構件2、推抵被接合構件2的變形量與彈性係數之間的關係的方式設定亦可。做為影響第一彈性構件51的設定的接合條件係，例如可舉出，被接合構件2的材質或接合部的形狀此類之接合構件的條件，或是攪拌銷50的插入深度、旋轉工具1的形狀、旋轉速度、移動速度此類之接合態樣。尚且，肩部60係，至少一部分接觸被接合構件2就好，雖然對應被接合構件2的表面形狀的關係而在與被接合構件2之間稍微產生空間也可以，但以推抵因摩擦攪拌接合溢出的金屬材料而防止產生毛刺的方式，與被接合構件2毫無間隙地接觸係較佳。又，肩部60係，雖然稍微插入被接合構件2亦可，但以不產生因接合後之被接合構件2與肩部60的接觸造成的凹部的程度，較深地插入被接合構件2亦可。

＜保持部＞ 如第2圖所示，保持部80是棒狀的臂狀之構件，頂端部固定於肩部60的外周面。保持部80的基端部係，與接合裝置3側的固定系統連接，以將肩部60保持在無旋轉狀態。此保持部80係被包含於旋轉工具1中。肩部60係，設置成對於旋轉軸12、保持器21以及攪拌銷50可相對旋轉，此外，藉由保持部80進一步保持在無旋轉狀態。藉此，即使在攪拌銷50旋轉的情況下，也可以將肩部60保持在無旋轉狀態。

[2.接合裝置] 接著，對包括上述構成的旋轉工具1的接合裝置3之構成進行說明。這種接合裝置3係，包括輸出傳遞至旋轉工具1的旋轉軸12的旋轉力的動力裝置(未圖示)，以及保持旋轉工具1的固定部11而進行旋轉工具的位置控制的位置控制裝置(未圖示)。接合裝置3係，例如藉由進行位置控制的加工中心構成，位置控制裝置係，藉由中央處理器等構成，基於預先輸入的位置資訊，使動力裝置動作而使旋轉工具1移動。動力裝置係，使旋轉工具1在XYZ之三軸方向上移動。

[3.接合方法] 接下來，參照第4圖說明有關本發明的接合方法。在這種接合方法中，將本實施例的旋轉工具1，以對於被接合構件2位於預先設定之既定的高度位置的方式移動，一邊對於被接合構件2推壓旋轉工具1的肩部60，一邊將旋轉工具1的攪拌銷50插入被接合構件2，對於被接合構件2進行摩擦攪拌接合。

在插入攪拌銷50時，將旋轉工具1朝向被接合構件2在插入方向逐漸接近，首先攪拌銷50的頂端接觸被接合構件2。當旋轉工具1進一步靠近被接合構件2時，藉由第一彈性構件51承受壓縮，將攪拌銷50偏壓朝向被接合構件2之第一彈性構件51所造成的彈性力一邊變強，攪拌銷50一邊被插入被接合構件。當旋轉工具1進一步靠近被接合構件2時，肩部60接觸被接合構件2。藉由第一彈性構件51承受壓縮，將攪拌銷50以及肩部60偏壓朝向被接合構件2之第一彈性構件51所造成的彈性力一邊變強，肩部60一邊推抵被接合構件。此時，在第一彈性構件51未完全變形、第一彈性構件51的變形所造成的餘力還殘留的狀態下，以可使攪拌銷50被插入被接合構件2、並且將肩部60推壓被接合構件2的方式設定第一彈性構件51。又，肩部60係，在接觸被接合構件2的狀態下，以不插入被接合構件2、且可推抵被接合構件2的方式設定第一彈性構件51。

在藉由旋轉工具1進行接合當中，如第4圖中的左側所示，包括攪拌銷50以及肩部60之組立體70係藉由第一彈性構件51被偏壓朝向頂端側。藉此，被接合構件2的高度對於設定值沒有誤差的情況係，如第4圖中的左側所示，攪拌銷50的頂端部52藉由所希望的深度被推入被接合構件2。此外，肩部60係，在對於被接合構件2接觸的狀態下，可不插入被接合構件2地推抵被接合構件2。

接著，如第4圖中的中央部所示，針對在進行摩擦攪拌接合時、被接合構件2的高度因誤差比設定值稍微更高的情況進行說明。在此，假設，在第一彈性構件51不存在下直接將攪拌銷50推入被接合構件2的情況下，相較於被接合構件2的高度對於設定值沒有誤差的情況，攪拌銷50以及肩部60的插入量僅變大了被接合構件2高出的高度的份量。相對於此，在藉由本實施例的旋轉工具1進行接合的情況下，藉由被接合構件2的高度變高、使包含攪拌銷50之組立體70承受來自被接合構件2的向上的反作用力而被上推，並且第一彈性構件51係藉由此上推而被壓縮，使組立體70承受來自第一彈性構件51的向下的彈性力而被向下推。在伴隨著如此之被接合構件2的高度變化之向上的反作用力和向下的彈性力平衡的位置，攪拌銷50以及肩部60的位置被變更。此時的攪拌銷50以及肩部60的插入量係，以相較於對於被接合構件2的高度的設定值沒有誤差之情況下的插入量為相同程度的方式，設定第一彈性構件51。假設，若第一彈性構件51的彈性力太弱的話，則伴隨被接合構件2的高度變化之向上的反作用力這一方係變大，插入量係變小。另一方面，若第一彈性構件51的彈性力太強的話，則伴隨被接合構件2的高度變化之向下的彈性力這一方係變大，插入量係變大。也就是說，即使在被接合構件2的高度變動而變高的情況下，在旋轉工具1，以攪拌銷50藉由配合被接合構件2的設定值的高度而設定之所希望的深度被插入被接合構件2的方式，設定第一彈性構件51。又，即使在被接合構件2的高度變動而變高的情況下，在旋轉工具1，以肩部60在接觸被接合構件2的狀態下、不插入被接合構件2、推抵被接合構件2的方式，設定第一彈性構件51。

此外，當被接合構件2的高度比設定值更低時，如第4圖中的右側所示，第一彈性構件51伸長，包含攪拌銷50之組立體70下降。如此，即使在被接合構件2的高度變動變低的情況下，在旋轉工具1，也能夠以攪拌銷50藉由配合被接合構件2的設定值的高度而設定之所希望的深度被插入被接合構件2的方式，設定第一彈性構件51。又，即使在被接合構件2的高度變動變低的情況下，在旋轉工具1，以肩部60在接觸被接合構件2的狀態下、不插入被接合構件2、推抵被接合構件2的方式，設定第一彈性構件51。

之後，在攪拌銷50的拔出位置，使旋轉工具1逐漸遠離被接合構件2，首先肩部60與被接合構件2分離。若旋轉工具1進一步遠離被接合構件2的話，攪拌銷50的插入量係逐漸變小。於是，若旋轉工具1一口氣遠離被接合構件2的話，攪拌銷50與被接合構件2分離。

如上所述，在旋轉工具1中，藉由第一彈性構件51的作用，攪拌銷50對於被接合構件2以一定深度插入，所以塑性化區域形成在一定的深度。因此，可獲得穩定的接合品質。又，在旋轉工具1中，藉由第一彈性構件51的作用，肩部60一邊保持推壓被接合構件2的狀態，攪拌銷50一邊插入被接合構件2而進行摩擦攪拌，藉此，承受攪拌銷50造成的摩擦攪拌而從攪拌銷50的插入部位溢出的金屬材料可被肩部60推抵。因此，可減少毛刺的發生。

[4.作用/功效] 依據有關本實施例的旋轉工具1、接合裝置3以及接合方法，被設置為對於旋轉軸12的軸方向可移動的組立體70係，在藉由被第一彈性構件51偏壓朝向頂端側、將攪拌銷50的頂端部52插入被接合構件2的時候，對應第一彈性構件51的彈性，攪拌銷50被插入至既定的深度為止。又，組立體70係，藉由第一彈性構件51被偏壓朝向頂端側，藉此，對應第一彈性構件51的彈性，肩部60推壓被接合構件2。藉由考慮接合構件或接合態樣如此之接合條件而設定第一彈性構件51，可使攪拌銷50插入到所希望的深度，並且可藉由肩部60推抵被接合構件2。也就是，旋轉工具1係，可使用第一彈性構件51進行模擬的負載控制。

在將沒有彈性構件的旋轉工具裝備在僅進行位置控制、例如加工中心等接合裝置上時，旋轉工具1的支撐高度基於加工中心的設定值成為一定，攪拌銷50的插入位置成為大致一定。相對於此，若使用本實施例的旋轉工具1的話，即使加工中心造成之旋轉工具1的支撐高度為一定，對應被接合構件2的高度，第一彈性構件51適當地伸縮，組立體70係朝軸方向移動。如此，藉由利用第一彈性構件51的彈性，控制攪拌銷50朝被接合構件2的插入深度、與肩部60造成之朝被接合構件2的接觸態樣之負載控制係成為可能。

又，旋轉工具1係包括肩部60，肩部60係被配設成不會承受來自旋轉軸12的旋轉力，對於旋轉軸12的軸方向可與攪拌銷50個別地移動，推壓被接合構件2。由於承受攪拌銷50造成的摩擦攪拌而從攪拌銷50的插入部位溢出的金屬材料被肩部60推抵，可減少毛刺的發生。如此，藉由肩部60，摩擦攪拌接合後的表面處理變得良好。

本體部10係，更包括圓筒狀的保持器21以及滑動軸31，滑動軸31在保持器21的中心部可朝旋轉軸方向滑動地被收容，並且與保持器21同步旋轉，組立體70係，設置於滑動軸31的頂端。藉此，來自本體部10的旋轉力傳達至組立體70，且組立體70可滑動於旋轉軸方向。

第一彈性構件51係以包圍滑動軸31的下部的方式而被配置。藉此，第一彈性構件51位於滑動軸31與攪拌銷50之間的中間部附近，並且第一彈性構件51在滑動軸31的圓周方向上均勻地作用。因此，即使滑動軸31移動，第一彈性構件51也將攪拌銷50穩定地偏壓朝向頂端側。因此，可容易地設置第一彈性構件51，並且可提高攪拌銷50的負載控制的精度。

在旋轉工具1中，第一彈性構件51係，被收容於保持器21的內部，被配置於滑動軸31的基端部與保持器21的固定部側之間。藉此，第一彈性構件51位於滑動軸31與攪拌銷50的中間部附近，並且第一彈性構件51可藉由保持器21承受自攪拌銷50側承受的力。因此，即使滑動軸31移動，由於第一彈性構件51也可穩定地將攪拌銷50偏壓朝向頂端側，所以攪拌銷50的負載控制的精度係可提高。

又，鍵槽23形成在保持器21，鍵32形成在滑動軸31。藉此，滑動軸31以及組立體70係，伴隨著保持器21的旋轉而同步旋轉，容許使朝軸方向的移動穩定之狀態。因此，攪拌銷50以及肩部60的動作變得更加穩定。

軸承63係被中介設置於肩部60與攪拌銷50之間。因此，肩部60與攪拌銷50可在安定的狀態下相對旋轉。

又，旋轉工具1係，包括將肩部60保持在無旋轉狀態的保持部80，所以容易將肩部60保持在無旋轉狀態，摩擦攪拌接合後的被接合構件2的表面處理更加良好。

在旋轉工具1中，第一彈性構件51係，藉由從固體彈簧、流體彈簧、磁力、以及電磁力被選出之至少一種賦予彈性力的彈性構件。依據這樣的構成，容易調整第一彈性構件51的彈性。

接合裝置3係，包括旋轉工具1、動力裝置以及位置控制裝置。於是，藉由位置控制裝置使旋轉工具1以對於被接合構件2位於既定的高度位置的方式移動，一邊對於被接合構件2推壓肩部60，一邊將攪拌銷50插入被接合構件2，對於被接合構件2進行摩擦攪拌接合。依據接合裝置3，藉由利用第一彈性構件51的彈性，可一邊進行控制攪拌銷50朝被接合構件2的插入深度、與肩部60造成之朝被接合構件2的接觸的負載控制，一邊進行摩擦攪拌接合。又，承受攪拌銷50造成的摩擦攪拌而從攪拌銷50的插入部位溢出的金屬材料被肩部60推抵，而減少毛刺的發生，摩擦攪拌接合後的表面處理變得良好。因此，即使使用加工中心，也可進行模擬的負載控制，並且使摩擦攪拌接合後的表面處理變得良好。

本接合方法係，將旋轉工具1，以對於被接合構件2位於既定的高度位置的方式移動，一邊對於被接合構件2推壓肩部60，一邊將旋轉的攪拌銷50插入被接合構件2，對於被接合構件2進行摩擦攪拌接合。依據本接合方法，藉由利用第一彈性構件51的彈性，可一邊進行控制攪拌銷50朝被接合構件2的插入深度、與肩部60造成之朝被接合構件2的接觸的負載控制，一邊進行摩擦攪拌接合。又，承受攪拌銷50造成的摩擦攪拌而從攪拌銷50的插入部位溢出的金屬材料被肩部60推抵，而減少毛刺的發生，摩擦攪拌接合後的表面處理變得良好。

如上所述，依據旋轉工具1、接合裝置3以及接合方法，即使在裝備於僅進行位置控制的加工中心的狀態下，也可進行負載控制。

[5.第一變形例] 接著，一邊參照第5圖，一邊針對保持部的變形例進行說明。作為有關變形例的保持部85，如第5圖所示，設置在鍔部53的下方之肩部65的外形呈現矩形形狀，沿著旋轉工具1a的移動軌跡而設置導引構件86。導引構件86係，藉由長條構件構成，以從兩側夾持肩部65的方式，空出與第二保持器的寬度大致相同的長度的間隔，分別配置於兩側。導引構件86係，為包括於接合裝置3的保持部。如此之構成的肩部65係，外周面一邊在導引構件86的側面滑動、一邊不旋轉地沿著移動軌跡移動。在肩部65的內部係，與第1圖的肩部60相同地，被插入攪拌銷50以及軸承63。其他的構造係，與第1圖的旋轉工具1相同，所以標上相同的元件符號而省略說明。

[6.第二變形例] 接著，一邊參照第6圖，一邊針對肩部的變形例進行說明。在前述實施例中，肩部60的下端面係，對於攪拌銷50為在旋轉軸的軸方向上不能移動，但有關變形例之肩部90係，如第6圖所示，將肩部的下端面構成為在軸方向上可移動。具體而言，肩部90係，包括第一構件91以及第二構件92以及第二彈性構件99。又，攪拌銷50與肩部90被一體化，成為一起朝旋轉軸12的軸方向移動之組立體75。

第一構件91係，為設置成與攪拌銷50可相對旋轉的部位，例如藉由工具鋼形成。第一構件91係，呈現圓筒形狀，以包圍攪拌銷50的方式被配置成同軸狀。在第一構件91的中空部93，攪拌銷50係被插入。中空部93的基端部(第5圖中的上端部)係擴大直徑，中介地設置於攪拌銷50以及第一構件91之間的軸承63係被插入。軸承63係，以包圍攪拌銷50的方式被配置。藉此，第一構件91係，對於攪拌銷50可相對旋轉並且在軸方向上不能相對移動。

在第一構件91的頂端部(第6圖中的下端部)，形成從第一構件91的端面朝頂端側突出的突出部94。突出部94係，呈現圓筒形狀，內部係被攪拌銷50插通。突出部94係，為用於連接第二構件92的構件。在突出部94的頂端部，設置從外周面朝外側突出的鍵96。鍵96係，被插入後述之第二構件92的鍵槽97。鍵96係，在旋轉軸方向呈現較長的長圓形狀，在圓周方向以180∘間隔配置成放射狀，形成於兩個地方。尚且，鍵96的形狀係，不限於長圓形狀，只要包括與鍵槽97同等的寬度尺寸的話，為圓形或橢圓形、長橢圓、長方形等其他形狀亦可。

第二構件92係，為在接觸被接合構件的狀態下推壓被接合構件的部位。第二構件92係，被安裝於突出部94，與第一構件91同步旋轉，並且為對於第一構件91，為在旋轉軸12的軸方向可相對移動的部位。第二構件92係，例如藉由工具鋼形成。第二構件92係，呈現圓筒形狀，以包圍攪拌銷50的方式被配置成同軸狀。在第二構件92的中空部95，攪拌銷50係被插入。中空部95的基端部(第6圖中的上端部)係擴大直徑，突出部94的頂端部係被插入。在中空部95的基端部，形成有鍵槽97。鍵槽97係，沿著旋轉軸12的軸方向（第6圖中的上下方向）形成為長條的長圓形，在中空部95的內周面形成溝狀。鍵槽97係，被形成於對應突出部94的鍵96之位置的兩個地方。鍵槽97的軸方向長度係，比鍵96的軸方向長度更長，第二構件92對於第一構件91可朝軸方向移動。鍵槽97的寬度尺寸係，與鍵96的寬度尺寸相同，第二構件92對於第一構件91不能相對旋轉。當鍵96位於鍵槽97的基端側之時，第二構件92的頂端面係，與攪拌銷50的頂端部52的推拔面的基端部為同一高度。也就是，攪拌銷50的頂端部52從第二構件92的頂端面朝向頂端側突出。第二構件92係，藉由從前述位置朝第一構件91側移動，肩部90的軸方向長度變短。

第二彈性構件99係，為對於旋轉軸12的軸方向將為肩部90之一部分的第二構件92偏壓朝向攪拌銷50的頂端側的部位。第二彈性構件99係，例如以螺旋彈簧構成，以包圍突出部94的外周面的方式被配置。被裝備在第一構件91的頂端面(與突出部94的基端部相連之面)與第二構件92的基端面之間。第二彈性構件99係，對於自第二構件92承受的力，可將第二構件92偏壓朝向頂端側。

第二彈性構件99的彈性係，在對於由鋁、銅、鎂及其合金中所構成的群組中所選出的至少一種材料構成的被接合構件，將攪拌銷50以既定的推入負載插入的情況下，在藉由彈性構件之第二構件92的全部可動範圍(在鍵槽97內的鍵96的可動長度)內，以在既定的範圍內使第二構件92位移而推壓被接合構件2的方式設定。例如，在第二彈性構件99為線圈彈簧的情況下，並且在施加於第二彈性構件99的負載以50公斤至2噸插入的情況下，對於第二彈性構件99的自由長度，以第二彈性構件99的撓曲量為0~30%的範圍變形的狀態中、第二構件92係推壓被接合構件的方式設定。藉此，在對於被接合構件2之第二構件92係接觸的狀態下，第二構件92不被插入被接合構件2，藉由第二構件92推抵被接合構件2變得容易。第二彈性構件99係，比第一彈性構件51更容易變形。

尚且，第二彈性構件99係，與第一彈性構件51同樣地不限定於螺旋彈簧，為板簧、碟形彈簧等金屬彈簧，或橡膠、高分子樹脂、海綿狀樹脂等高分子彈性體(elastomer)亦可。此外，第二彈性構件99係，為使用大氣壓、氣體壓或液壓的流體彈簧，或是使用磁力或電磁力的磁性彈簧亦可。

第二彈性構件99係，考慮到接合條件，在推抵被接合構件2之肩部60與被接合構件2接觸的狀態下，滿足可不插入被接合構件2、推抵被接合構件2的變形量與彈性係數之間的關係的方式設定亦可。做為影響第二彈性構件99的設定的接合條件係，例如可舉出，被接合構件2的材質或接合部的形狀此類之接合構件的條件，或是攪拌銷50的插入深度、旋轉工具1的形狀、旋轉速度、移動速度此類之接合態樣。肩部60係，至少一部分接觸被接合構件2就好，雖然對應被接合構件2的表面形狀的關係而在與被接合構件2之間稍微產生空間也可以，但以推抵因摩擦攪拌接合溢出的金屬材料而防止產生毛刺的方式，與被接合構件2毫無間隙地接觸係較佳。又，肩部60係，雖然稍微插入被接合構件2亦可，但以不產生因接合後之被接合構件2與肩部60的接觸造成的凹部的程度，較深地插入被接合構件2亦可。

依據如此之構成，肩部90的頂端面與攪拌銷50的相對移動係成為可能，藉由第二彈性構件99之肩部90的負載控制係成為可能。因此，肩部90的負載控制的精度可更加提高。此外，在本變形例的肩部90中，未圖示之保持部被固定於第一構件91的外周面，藉由保持部將肩部90以及第二構件92保持在無旋轉狀態下亦可。

[7.其他]。 以上針對本發明的實施例進行說明，但可在不違背本發明的主旨的範圍內適當地變更設計。在前述實施例中，鍵槽23形成在保持器21，鍵32形成在滑動軸31，但並不限定於此。鍵形成在保持器21，且鍵槽形成在滑動軸31亦可。

又，在前述實施例中，雖然舉例顯示了，旋轉工具1係，包括固定於肩部60的保持部80，此保持部連接至接合裝置而將肩部60保持在無旋轉狀態的情況，但並不限定於此。接合裝置3係包括，作為第二保持部、固定於接合裝置3的固定系統的棒狀的臂構件，藉由此第二保持部連接至旋轉工具1的肩部60而使肩部60保持在無旋轉狀態亦可。此第二保持部係，被包含於接合裝置3。又，旋轉工具1係包括，作為保持部80、固定於肩部60的棒狀的臂構件，並且接合裝置3係包括，作為第二保持部、被固定於接合裝置3的固定系統的棒狀的臂構件，藉由兩個保持部彼此連接，而將肩部60保持在無旋轉狀態亦可。此保持部係，被包含於旋轉工具1以及接合裝置3中。如此，同時設置被包含於旋轉工具1的保持部，以及被包含於接合裝置3、與被包含於旋轉工具1的保持部共同動作的第二保持部亦可。如上所述，藉由接合裝置3係包括將肩部60保持在無旋轉狀態的第二保持部，容易地將肩部60保持在無旋轉狀態，摩擦攪拌接合後的被接合構件2的表面處理更加良好。

此外，在前述實施例中，第一彈性構件51係，以圍繞滑動軸31的下部的方式而被配置，被設置在保持器21的下端與鍔部53的段部54之間，但並不限定於此。第一彈性構件51係，只要配置在將組立體70偏壓朝向頂端側的位置就好。例如，將第一彈性構件收容於保持器21的內部，裝備在滑動軸的基端部與保持器的底部之間亦可。又，在滑動軸31的上端部，形成有朝向上端部側以柱狀形狀伸長的伸長部，圍繞此滑動軸31的伸長部，並且將第一彈性構件51裝備在保持器21的固定部側之間亦可。此時，配合保持器21的內徑，使伸長部形成為比滑動軸31更小的徑長亦可。在這種情況下，也可以獲得與前述實施例相同的作用功效。

在第二變形例中，雖然舉例顯示了，攪拌銷50的頂端部52比第二構件92的底面更朝下方突出的情況，但並不限定於此。旋轉工具1係，在不接觸被接合構件2接觸的狀態下，第二構件92的底面比攪拌銷50的頂端部52更朝下方突出亦可。藉此，當旋轉工具1從被接合構件2被拔出時，若旋轉工具1遠離被接合構件2的話，在第二構件92推壓被接合構件2的狀態下，攪拌銷50比第二構件92更先與被接合構件2分離。此時，藉由一邊保持第二構件92推壓被接合構件2的狀態，一邊拔出攪拌銷50，因攪拌銷50的插入造成的流動而溢出的金屬材料可被第二構件92推抵。因此，攪拌銷50拔出時所產生的拔出孔，容易藉由第二構件92推抵金屬材料而埋住。特別是，在摩擦攪拌接合時之旋轉工具1插入的位置進行接合，不從插入位置移動而拔出，在單點進行摩擦攪拌的情況下，容易防止拔出孔的形成。

1,1a:旋轉工具 2:被接合構件 3:接合裝置 10:本體部 11:固定部 12:旋轉軸 21:保持器 22:收納凹部 23:鍵槽 31:滑動軸 32:鍵 50:攪拌銷 51:第一彈性構件 52:頂端部 53:鍔部 54:段部 60:肩部 61:中空部 63:軸承 65:肩部 70,75:組立體 80,85:保持部 86:導引構件 90:肩部 91:第一構件 92:第二構件 93:中空部 94:突出部 95:中空部 96:鍵 97:鍵槽 99:第二彈性構件

第1圖為表示有關本發明的實施例的旋轉工具的剖面圖。 第2圖為表示有關實施例的旋轉工具的立體圖。 第3圖為表示有關實施例的旋轉工具的爆炸立體圖。 第4圖為表示有關實施例的旋轉工具之摩擦攪拌接合時的各部位的動作之剖面圖。 第5圖係為表示有關實施例的旋轉工具的保持部的變形例之立體圖。 第6圖係為表示有關實施例的旋轉工具的肩部的變形例之剖面圖。

1:旋轉工具

3:接合裝置

10:本體部

11:固定部

12:旋轉軸

21:保持器

22:收納凹部

23:鍵槽

31:滑動軸

32:鍵

50:攪拌銷

51:第一彈性構件

52:頂端部

53:鍔部

54:段部

60:肩部

61:中空部

63:軸承

70:組立體

Claims (12)

1. 一種旋轉工具，被用於進行被接合構件的摩擦攪拌接合之接合裝置，包括： 本體部，具有固定部以及旋轉軸，其中該固定部係安裝於該接合裝置而被固定，該旋轉軸傳達來自該接合裝置的旋轉力； 攪拌銷，承受來自該本體部的旋轉力而可旋轉、並且對於該旋轉軸的軸方向可移動地被配置於該本體部，被插入該被接合構件而對於該被接合構件進行摩擦攪拌；以及 肩部，被構成為與該攪拌銷不同的個體，不承受來自該本體部的旋轉力、對於該旋轉軸的軸方向可移動地被配置於該本體部，在接觸該被接合構件的狀態下推壓該被接合構件； 該攪拌銷以及該肩部係，可相對旋轉、同時構成為以對於該旋轉軸的軸方向一體地移動的方式而被安裝的組立體； 其中，該旋轉工具更包括：第一彈性構件，對於該旋轉軸的軸方向將該組立體偏壓朝向該攪拌銷的頂端側。
2. 如請求項1所述的旋轉工具，其中，該本體部更具有： 保持器，為圓筒狀，被安裝於該旋轉軸；以及 滑動軸，在該保持器的中心部可朝旋轉軸方向滑動地被收容，同時與該保持器同步旋轉； 該組立體係，被設置於該滑動軸的頂端； 該滑動軸係，經由該第一彈性構件而被偏壓朝向該組立體的頂端側。
3. 如請求項2所述的旋轉工具，其中，該第一彈性構件係，以包圍該滑動軸的下部的方式而被配置。
4. 如請求項2所述的旋轉工具，其中，該第一彈性構件係，被收容於該保持器的內部，被配置於該滑動軸的基端部以及該保持器的該固定部側之間。
5. 如請求項2所述的旋轉工具，其中， 該保持器以及該滑動軸的任一個，被形成朝該旋轉軸的軸方向之長條溝狀的鍵槽，另一個，被形成設置在與該旋轉軸的軸方向交叉的方向、並嵌入該鍵槽的鍵； 伴隨著朝該滑動軸朝旋轉軸的軸方向之移動，該鍵使該鍵槽的內部沿著該旋轉軸的軸方向移動； 伴隨著該保持器的旋轉，藉由該鍵與該鍵槽在周方向抵接，該保持器以及該滑動軸係同步旋轉。
6. 如請求項1所述的旋轉工具，其中，在該肩部以及該攪拌銷之間被設置軸承。
7. 如請求項1所述的旋轉工具，更包括： 第二彈性構件，對於該旋轉軸的軸方向將該肩部偏壓朝向該攪拌銷的頂端側。
8. 如請求項1所述的旋轉工具，更包括： 保持部，將該肩部保持在無旋轉狀態。
9. 如請求項1所述的旋轉工具，其中，該第一彈性構件係，為藉由從固體彈簧、流體彈簧、磁力、以及電磁力被選出之至少一種賦予彈性力的彈性構件。
10. 一種接合裝置，包括： 如請求項1至9中任一項所述的旋轉工具； 動力裝置，輸出傳達至該旋轉工具的該旋轉軸之該旋轉力；以及 位置控制裝置，保持該旋轉工具的該固定部而進行該旋轉工具的位置控制； 藉由該位置控制裝置使該旋轉工具以對於該被接合構件位於既定的高度位置的方式移動，一邊對於該被接合構件推壓該肩部，一邊將該攪拌銷插入該被接合構件，對於該被接合構件進行摩擦攪拌接合。
11. 如請求項10所述的接合裝置，更包括： 第二保持部，將該肩部保持在無旋轉狀態。
12. 一種接合方法，包括： 將如請求項1至9中任一項所述的旋轉工具，以對於該被接合構件位於既定的高度位置的方式移動，一邊對於該被接合構件推壓該肩部，一邊將旋轉的該攪拌銷插入該被接合構件，對於該被接合構件進行摩擦攪拌接合。

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