WO2023079889A1 - 回転ツール、接合装置及び接合方法 - Google Patents

回転ツール、接合装置及び接合方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2023079889A1
WO2023079889A1 PCT/JP2022/037074 JP2022037074W WO2023079889A1 WO 2023079889 A1 WO2023079889 A1 WO 2023079889A1 JP 2022037074 W JP2022037074 W JP 2022037074W WO 2023079889 A1 WO2023079889 A1 WO 2023079889A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
slide shaft
elastic member
welded
rotary tool
shoulder
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/037074
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
伸城 瀬尾
慎吾 小泉
Original Assignee
日本軽金属株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本軽金属株式会社 filed Critical 日本軽金属株式会社
Priority to CN202280071306.9A priority Critical patent/CN118159382A/zh
Publication of WO2023079889A1 publication Critical patent/WO2023079889A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/12—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating the heat being generated by friction; Friction welding

Definitions

  • the present invention relates to a rotating tool, a welding apparatus, and a welding method used for friction stir welding.
  • a welding apparatus for performing friction stir welding there is known one that performs load control and position control in order to control the pushing amount of the rotary tool into the member to be welded.
  • Load control was mainly used in a robot (robot arm)-based joining apparatus, and position control was mainly used in a machining center (MC)-based joining apparatus.
  • Patent Document 1 discloses a welding device that performs load control.
  • the welding apparatus of Patent Document 1 controls the depth of press-fitting of a shoulder member or a pin member into an object to be welded in order to obtain good welding quality with suitable accuracy according to the welding conditions.
  • a joining device controls the relative position of the pin member with respect to the shoulder member based on the press-fitting reference point set by the press-fitting reference point setting section.
  • the welding apparatus includes a pressure detection section, a pressure reference point setting section, a tool drive control section, and the like in order to perform the above control.
  • the tool drive section includes a rotation drive section, a pin drive section, a shoulder drive section, a clamp drive section (elastic member: coil spring), and the like.
  • Patent Document 1 has a complicated structure and is expensive because it performs load control. Therefore, in recent years, there is a demand for a rotating tool that can be attached to a relatively inexpensive MC that can only perform position control and that can perform load control.
  • an object of the present invention is to provide a rotating tool, a joining apparatus, and a joining method that can control the load while mounted on a machining center.
  • the present invention for solving the above-mentioned problems is a rotary tool used in a welding apparatus that performs friction stir welding of members to be welded, comprising: a fixing part attached and fixed to the welding apparatus; a main body having a rotating shaft for transmitting a force; a main body provided on the main body to be rotatable by receiving a rotating force from the main body and to be movable in an axial direction of the rotating shaft; an agitating pin that is inserted into a member to frictionally stir the member to be joined; and an agitating pin that is configured separately from the agitating pin and is movable in the axial direction of the rotating shaft without receiving a rotational force from the main body.
  • the stirring pin and the shoulder are relatively rotatable and integrally connected to the axis of the rotating shaft.
  • the main body further has a hollow cylindrical holder attached to the rotating shaft, and a slide shaft that is housed in the center of the holder so as to be slidable in the direction of the rotating shaft and that rotates synchronously with the holder.
  • the assembly is provided at the tip of the slide shaft, the slide shaft is urged toward the tip of the assembly via the first elastic member, and the first restricting member It is preferable to restrict the movement of the slide shaft to the proximal end side in the axial direction of the rotating shaft.
  • a second elastic member that biases the shoulder toward the distal end of the stirring pin in the axial direction of the rotating shaft; a second regulating member for regulating, wherein the second regulating member is configured so that the amount of deformation of the second elastic member caused by the movement of the shoulder does not exceed the maximum allowable amount of the second elastic member. , preferably restricts the movement of said shoulder.
  • the first restricting member is provided in the holder, and as the slide shaft moves, the base end portion of the slide shaft and the bottom portion of the base end side of the holder and the first restricting member are displaced. It is preferable that the contact restricts the movement of the slide shaft.
  • the first regulating member is provided on the bottom portion of the base end side of the holder, and as the slide shaft moves, the base end portion of the slide shaft and the first regulating member come into contact with each other. , the movement of the slide shaft is preferably restricted.
  • the first regulating member is provided at the base end portion of the slide shaft, and as the slide shaft moves, the bottom portion of the base end side of the holder and the first regulating member come into contact with each other. , the movement of the slide shaft is preferably restricted.
  • the first regulating member is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft, and as the slide shaft moves, the first regulating member and an intermediate portion of the holder come into contact with each other, thereby reducing the movement of the slide shaft. Movement is preferably restricted.
  • the first regulating member is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft, and as the slide shaft moves, the first regulating member and the tip portion of the holder come into contact with each other, thereby moving the slide shaft. Movement is preferably restricted.
  • the first regulating member is provided at the tip of the slide shaft, and as the slide shaft moves, the first regulating member and the tip of the holder come into contact with each other so that the slide shaft movement is preferably restricted.
  • the agitation pin is the first regulating member, and movement of the slide shaft is restricted by contact between the agitation pin and a tip portion of the holder as the slide shaft moves. .
  • the present invention also provides a welding apparatus comprising the rotary tool according to any one of claims 1 to 10, comprising power means for outputting a rotational force to be transmitted to the rotary shaft of the rotary tool, and Position control means for holding the fixed portion of the rotary tool and controlling the position of the rotary tool is provided, and the position control means positions the rotary tool at a predetermined height position with respect to the members to be welded. , the stir pin is inserted into the member to be welded, and friction stir welding is performed on the member to be welded.
  • the rotating tool according to any one of claims 1 to 10 is moved to a predetermined height position with respect to the member to be welded, and the stirring pin is attached to the member to be welded. Friction stir welding is performed on the member to be welded by inserting it.
  • the joining apparatus According to the rotary tool, the joining apparatus, and the joining method according to the present invention, it is possible to perform load control using an elastic member. Further, according to the rotary tool, the welding apparatus, and the welding method according to the present invention, it is possible to insert the stirring pin using the elastic member even into a relatively hard member to be welded.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the most contracted state of the rotary tool according to the first embodiment
  • 1 is a perspective view showing a rotating tool according to a first embodiment
  • FIG. It is an exploded perspective view showing a rotation tool concerning a first embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing the operation of each part during friction stir welding of the rotary tool according to the first embodiment; 4 is a graph showing time and generated reaction force during friction stir welding of the rotating tool according to the first embodiment.
  • It is a perspective view which shows the rotary tool which concerns on the 1st modification of 1st embodiment of this invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a rotating tool according to a second embodiment of the present invention
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing a rotary tool according to a third embodiment of the invention
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a rotating tool according to a fourth embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the most contracted state of the rotary tool according to the fourth embodiment.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a rotating tool according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the most contracted state of the rotary tool according to the fifth embodiment;
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a rotating tool according to a fifth embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the most contracted state of the rotary tool according to the fifth embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a rotating tool according to a sixth embodiment of the present invention
  • FIG. 12 is a cross-sectional view showing the most contracted state of the rotary tool according to the sixth embodiment
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a rotating tool according to a seventh embodiment of the present invention
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing the most contracted state of the rotary tool according to the seventh embodiment
  • a rotary tool 1 is used in a welding apparatus 3 (see FIG. 1) that performs friction stir welding of members 2 (see FIG. 5) to be welded. It is inserted into the butted portion of the member 2 while rotating.
  • the rotating tool 1 includes a main body 10 , a stirring pin 50 , a shoulder 60 , a first elastic member 51 and a first restricting member 100 .
  • the agitating pin 50 and the shoulder 60 are mounted so as to be relatively rotatable and integrally movable relative to the axis of rotation to form an assembly 70 .
  • the rotary tool 1 also includes a holding portion 80 (see FIG. 3).
  • the body portion 10 is a portion fixed to a joining device 3 such as a machining center, for example, and includes a fixed portion 11 and a rotating shaft 12 .
  • the fixed part 11 is a part that is attached to and fixed to the joining device 3 and has a cylindrical shape.
  • the fixing part 11 is a chuck mechanism, and by cooperating with a pair of chuck mechanisms provided in the joining device 3, the fixing part 11 can be detachably fixed to the joining device. Examples of the chuck mechanism include grooves provided in the fixed portion 11 and claws provided in the joining device 3 that fit into the grooves on the fixed portion 11 side to clamp.
  • a rotating shaft 12 is connected to the other end side (lower side in FIG. 1) of the fixing portion 11 that is attached to the joining device 3 .
  • the rotating shaft 12 has a cylindrical shape.
  • the rotary shaft 12 is a part that transmits the rotational force from the welding device 3 to the stirring pin 50 , and is connected to the rotary shaft (not shown) of the welding device 3 via the fixing portion
  • the main body 10 further includes a holder 21 and a slide shaft 31. As shown in FIGS. 2 and 3, the main body 10 further includes a holder 21 and a slide shaft 31. As shown in FIGS. 2 and 3, the main body 10 further includes a holder 21 and a slide shaft 31.
  • the holder 21 is a part that is attached to the rotating shaft 12 , rotates synchronously with the rotating shaft 12 , and supports the slide shaft 31 and the stirring pin 50 .
  • the holder 21 has a bottomed cylindrical shape (hollow cylindrical shape) with a closed top, and the hollow portion inside serves as a storage recess 22 into which the slide shaft 31 is inserted.
  • the storage recess 22 has a columnar shape, and is open at the axially lower side of the rotating shaft 12 (the lower side in FIG. 1).
  • a key groove 23 is formed in the cylindrical body portion of the holder 21 .
  • the key groove 23 is formed in an elongated elliptical shape along the axial direction of the rotating shaft 12 (vertical direction in FIG.
  • the key groove 23 may not pass through the cylindrical body, and may be formed in the shape of a groove on the inner peripheral surface of the cylindrical body.
  • the key grooves 23 are arranged at 180° intervals in the circumferential direction of the cylindrical body and are formed at two locations facing each other.
  • the number of key grooves 23 is not limited to two, and may be one or three or more.
  • the slide shaft 31 is housed in a housing recess 22 at the center of the holder 21 so as to be slidable in the rotational axis direction (vertical direction in FIG. 1), and rotates synchronously (co-rotates) with the holder 21 .
  • the slide shaft 31 has a cylindrical shape and has an outer diameter that allows it to be stored in the storage recess 22 .
  • a key 32 projecting outward is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft 31 .
  • the key 32 is fixed at a position corresponding to the key groove 23 at the base end of the slide shaft 31 (the end on the rotating shaft 12 side: the upper end in FIG. 1) and is inserted into the key groove 23. .
  • the key 32 has an oval shape that is long in the direction of the rotation axis, has a width dimension equal to that of the key groove 23 , and has a length dimension shorter than the longitudinal dimension of the key groove 23 . That is, the key 32 fits in the key groove 23 in the width direction and can move in the longitudinal direction. It should be noted that the shape of the key 32 is not limited to an oval shape, and other shapes such as a circle, an ellipse, an oblong ellipse, and a rectangle may be used as long as they have the same width dimension as the keyway 23. good too.
  • a stirring pin 50 is integrally provided at the tip of the slide shaft 31 (the end on the side away from the joining device 3: the lower end in FIG. 1). Therefore, the agitating pin 50 is urged toward the distal end side of the slide shaft 31 (the side away from the welding device 3: the lower side in FIG. 1) by being urged toward the distal end side by the first elastic member 51. .
  • the agitating pin 50 is a portion that receives a rotational force from the body portion 10 and is inserted into the member to be welded 2 while rotating to perform friction agitation on the member to be welded 2 .
  • the stirring pin 50 is made of, for example, tool steel and has a cylindrical shape.
  • a tip portion 52 (lower end portion in FIG. 1) of the stirring pin 50 tapers toward the tip.
  • the distal end portion 52 of the stirring pin has a flat surface perpendicular to the axial direction.
  • a brim portion 53 having an enlarged diameter is integrally formed at the base end portion of the stirring pin 50 .
  • the collar portion 53 is integrally formed with the slide shaft 31 , and the stirring pin 50 and the collar portion 53 move in the axial direction of the rotation shaft as the slide shaft 31 slides.
  • the collar portion 53 has a diameter larger than that of the slide shaft 31, and a ring-shaped step portion 54 is formed in a connecting portion (base end portion of the collar portion 53) between the collar portion 53 and the slide shaft 31 in plan view. ing.
  • the collar portion 53 functions as a receiving portion that receives the elastic force of the first elastic member 51 from the base end side of the slide shaft 31 (the side near the joining device 3: the upper side in FIG. 1).
  • the collar portion 53 also functions as a support portion that supports a shoulder 60 provided on the tip side (lower side in FIG. 1) of the stirring pin 50 .
  • the shoulder 60 is a portion that presses the member to be joined 2 while in contact with the member to be joined 2 .
  • the shoulder 60 is configured separately from the agitation pin 50 and is provided to be rotatable relative to the agitation pin 50 so as not to receive rotational force from the main body 10 .
  • the shoulder 60 cannot move relative to the axial direction of the stirring pin 50 and the rotary shaft 12 and moves axially together with the stirring pin 50 . That is, the shoulder 60 is axially movable with respect to the holder 21 .
  • the shoulder 60 is made of tool steel, for example.
  • the shoulder 60 has a cylindrical shape and is coaxially arranged so as to surround the stirring pin 50 .
  • the stirring pin 50 is inserted into the hollow portion 61 of the shoulder 60 .
  • a base end portion (upper end portion in FIG. 1) of the hollow portion 61 is open, and a bearing 63 is interposed between the stirring pin 50 and the shoulder 60 .
  • a bearing 63 is arranged to surround the stirring pin 50 .
  • the tip portion (tip surface) of the shoulder 60 is flush with the base end portion of the tapered surface of the tip portion 52 of the stirring pin 50 . That is, the tip portion 52 of the stirring pin 50 protrudes from the tip surface of the shoulder 60 toward the tip side.
  • the shoulder 60 moves in the axial direction of the rotary shaft 12 together with the stirring pin 50 integrally connected to the slide shaft 31 .
  • the agitation pin 50 and the shoulder 60 are integrated to form an assembly 70 that moves in the axial direction of the rotating shaft 12 together. That is, the assembly 70 is provided at the tip of the slide shaft 31 .
  • the first elastic member 51 is a portion that biases the assembly 70 including the stirring pin 50 and the shoulder 60 toward the distal end in the axial direction of the rotating shaft.
  • the first elastic member 51 is composed of, for example, a coil spring, is housed inside the holder 21, and is mounted between the base end portion 31b of the slide shaft 31 and the bottom portion 22a of the housing recess 22 of the holder 21. ing.
  • the first elastic member 51 can bias the assembly 70 toward the distal end side against the force received from the assembly 70 side.
  • the elasticity of the first elastic member 51 is such that the stirring pin 50 is inserted with a predetermined pushing load into the member 2 to be joined made of at least one material selected from the group consisting of aluminum, copper, magnesium, and alloys thereof.
  • the stirring pin 50 is set to be displaced and inserted within a predetermined range within the entire movable range of the stirring pin 50 by the first elastic member 51 .
  • the first elastic member 51 is a coil spring and the load applied to the first elastic member 51 is 100 kg to 5 tons
  • the first elastic member The agitating pin 50 is inserted into the member 2 to be welded and the shoulder 60 is set to press the member 2 to be welded in a state in which the deflection amount of 51 is in the range of 0 to 30%.
  • the first elastic member can be adjusted in accordance with the change in the member to be welded.
  • the deformation of the agitating pin 51 makes it easier to keep the insertion amount of the stirring pin 50 constant.
  • the first elastic member 51 is not limited to a coil spring, and may be a metal spring such as a plate spring or disc spring, or a polymeric elastic body (elastomer) such as rubber, polymer resin, or sponge-like resin. may Further, the first elastic member 51 may be a fluid spring using air pressure, gas pressure, or hydraulic pressure, or a magnetic spring using magnetic force or electromagnetic force.
  • the first elastic member 51 may be set so as to satisfy the relationship between the amount of deformation at which the stirring pin 50 is inserted to a predetermined depth and the elastic modulus, taking into account the joining conditions. In addition, considering the joining conditions, the first elastic member 51 is not inserted into the member to be joined 2 while the shoulder 60 pressed against the member to be joined 2 is in contact with the member to be joined 2 . It may be set so as to satisfy the relationship between the amount of deformation that can hold down the member 2 and the elastic modulus.
  • the welding conditions that affect the setting of the first elastic member 51 include, for example, the conditions of the welding member such as the material of the member to be welded 2 and the shape of the welded portion, the insertion depth of the stirring pin 50, the shape of the rotating tool 1, Joining modes such as rotational speed and moving speed can be mentioned.
  • At least a part of the shoulder 60 needs to be in contact with the member to be joined 2 , and even if there is some space between the shoulder 60 and the member to be joined 2 depending on the relationship with the surface shape of the member to be joined 2 . Although it is good, it is preferable to make contact with the member to be welded 2 without a gap so that the metal material overflowing due to the friction stir welding can be pressed down to prevent the generation of burrs.
  • the shoulder 60 may be inserted into the member 2 to be joined to some extent, but it should not be inserted into the member 2 to be joined so deeply that a concave portion is not formed due to contact between the member 2 to be joined and the shoulder 60 after joining. preferable.
  • the first restricting member (first loose fitting restricting member) 100 is a member that restricts the stirring pin 50 from moving beyond a predetermined range toward the proximal end of the rotating shaft 12, as shown in FIG. be.
  • the first restricting member 100 is loosely fitted in the hollow portion of the first elastic member 51 inside the holder 21 .
  • the first restricting member 100 is made of a relatively hard material such as metal, resin, or rubber so as to withstand the reaction force during friction stir welding.
  • the first restricting member 100 has a columnar shape in this embodiment, it may be appropriately formed according to the shape of the place where it is arranged.
  • the first regulating member 100 regulates the movement of the stirring pin 50 so that the deformation amount of the first elastic member 51 caused by the movement of the stirring pin 50 does not exceed the maximum deflection amount (maximum allowable amount) of the first elastic member 51 . to regulate.
  • the maximum deflection amount of the first elastic member 51 is set when the first elastic member 51 is deformed by 30% of the free length.
  • the maximum amount of deflection means the most compressed amount when the elastic force of the first elastic member 51 is exhibited. If the maximum deflection amount is exceeded, the elastic force of the first elastic member 51 may not be exerted as per performance, or may be damaged earlier than expected.
  • the first restricting member 100 is configured such that when the amount of deflection of the first elastic member 51 is 30% of the free length of the first elastic member 51 , the first restricting member 100 A distal end portion (a distal end surface) 100a of the regulating member 100 abuts a proximal end portion 31b of the slide shaft 31, and a proximal end portion (a proximal end surface) 100b abuts the bottom portion 22a. Thereby, it is possible to prevent the first elastic member 51 from being deformed beyond the maximum amount of deflection.
  • the maximum deflection amount of the first elastic member 51 can be appropriately set according to the first elastic member 51 and the first restricting member 100 .
  • the maximum deflection amount of the first elastic member 51 may be, for example, 25%, 20%, 15%, 10%, or 5%.
  • the "maximum amount of deflection" is used. Further, as described above, for example, when another member (a fluid spring using air pressure, gas pressure, or hydraulic pressure, or a magnetic spring using magnetic force or electromagnetic force) is used as the first elastic member, the amount The "maximum permissible amount” is defined as the amount at which elastic force is not developed or the elastic member is damaged when exceeded.
  • the first regulating member 100 is a solid such as a metal and regulates the movement of the stirring pin 50 by bringing it into contact.
  • the movement of the stirring pin 50 may be restricted in a non-contact manner by a magnetic spring using electromagnetic force.
  • the shape and arrangement of the first restricting member 100 are not limited as long as it restricts the movement of the assembly 70 .
  • the first regulating member 100 may be one in which a part of the main body 10 and the stirring pin 50 functions as the first regulating member 100, and the first regulating member 100 is integrated with the main body 10 and the stirring pin 50.
  • the first restricting member 100 may be provided by attaching a separate member to the main body 10 and the stirring pin 50 .
  • the holding part 80 is a rod-shaped arm-shaped member, and the tip thereof is fixed to the outer peripheral surface of the shoulder 60 .
  • a proximal end portion of the holding portion 80 is connected to a fixing system on the side of the joining device 3 so as to hold the shoulder 60 in a non-rotating state.
  • This holding part 80 is included in the rotary tool 1 .
  • the shoulder 60 is rotatable relative to the rotating shaft 12, the holder 21, and the stirring pin 50, and is held in a non-rotating state by the holding portion 80. As shown in FIG. Thereby, even when the stirring pin 50 rotates, the shoulder 60 can be held in a non-rotating state.
  • Such a joining device 3 includes a power means (not shown) for outputting a rotational force to be transmitted to the rotary shaft 12 of the rotary tool 1, and a position control device for holding the fixed portion 11 of the rotary tool 1 and controlling the position of the rotary tool.
  • the welding device 3 is composed of, for example, a machining center that performs position control, and the position control device is composed of a CPU or the like. move.
  • the power means moves the rotating tool 1 in three axial directions of XYZ.
  • the tip of the agitation pin 50 first comes into contact with the member 2 to be welded as the rotary tool 1 approaches the member 2 to be welded in the insertion direction.
  • the first elastic member 51 is compressed, and the elastic force of the first elastic member 51 that biases the stirring pin 50 toward the member 2 to be welded increases.
  • the stirring pin 50 is inserted into the members to be joined.
  • the shoulder 60 comes into contact with the member 2 to be joined.
  • the elastic force of the first elastic member 51 that urges the stirring pin 50 and the shoulder 60 toward the member 2 to be welded is strengthened, and the shoulder 60 is pressed against the member 2 to be welded. be pushed.
  • the stirring pin 50 is inserted into the member to be welded 2 while leaving a surplus force due to the deformation of the first elastic member 51 so that the amount of deflection of the first elastic member 51 does not exceed the maximum amount of deflection.
  • the first elastic member 51 and the joining conditions are set so that the shoulder 60 can be pressed against the member 2 to be joined.
  • the stirring pin 50 may be pressed against the members 2 to be welded while the movement of the assembly 70 is restricted by the first restricting member 100 so that the amount of deflection of the first elastic member 51 does not exceed the maximum amount of deflection.
  • the agitating pin 50 is inserted into the member 2 to be welded.
  • the first elastic member 51 and the joining conditions are set so that the shoulder 60 can press the member 2 to be joined without being inserted into the member 2 to be joined while in contact with the member 2 to be joined.
  • the shoulder 60 can press the member 2 to be joined without being inserted into the member 2 to be joined while being in contact with the member 2 to be joined.
  • the assembly 70 including the stirring pin 50 is moved upward from the member 2 to be welded because the height of the member 2 to be welded is increased.
  • the first elastic member 51 is compressed by this push-up, and the assembly 70 receives downward elastic force from the first elastic member 51 and is pushed down.
  • the positions of the agitating pin 50 and the shoulder 60 are changed to positions where the upward reaction force and the downward elastic force due to the change in the height of the member 2 to be welded are balanced.
  • the first elastic member 51 is adjusted so that the amount of insertion of the stirring pin 50 and the shoulder 60 at this time is approximately the same as the amount of insertion when the height of the member to be welded 2 has no error with respect to the set value. is set.
  • the rotating tool 1 allows the stirring pin 50 to reach a desired depth set in accordance with the set value of the height of the member to be welded 2 . is inserted into the member 2 to be joined.
  • a first elastic member 51 is set so as to press the joined member 2 .
  • the first elastic member 51 expands and the assembly 70 including the stirring pin 50 descends, as shown on the right side of FIG.
  • the rotary tool 1 stirs at a desired depth set in accordance with the height of the set value of the member to be welded 2.
  • a first elastic member 51 is set so that the pin 50 is inserted into the joined member 2 .
  • the rotary tool 1 is not inserted into the member to be welded 2 while the shoulder 60 is in contact with the member to be welded 2 .
  • a first elastic member 51 is set so as to press the joined member 2 .
  • the agitation pin 50 is inserted into the welded member 2 at a constant depth by the action of the first elastic member 51, so that the plasticized region is formed at a constant depth. be done. Therefore, stable bonding quality can be obtained.
  • the shoulder 60 presses the members 2 to be welded by the action of the first elastic member 51, and the stir pin 50 is inserted into the members 2 to be welded to perform friction stir. The shoulder 60 can hold down the metal material that is frictionally stirred by the stirring pin 50 and overflows from the insertion site of the stirring pin 50 . Therefore, it is possible to reduce the occurrence of burrs.
  • the assembly 70 provided movably in the axial direction of the rotating shaft 12 is attached toward the distal end side by the first elastic member 51.
  • the stirring pin 50 is inserted to a predetermined depth according to the elasticity of the first elastic member 51 .
  • the shoulder 60 is pressed against the joined member 2 according to the elasticity of the first elastic member 51 .
  • the stirring pin 50 can be inserted to a desired depth and the member 2 to be joined can be pressed down by the shoulder 60. . That is, the rotary tool 1 can perform pseudo load control using the first elastic member 51 .
  • the support height of the rotating tool 1 is constant based on the setting value of the machining center, and the insertion position of the stirring pin 50 is determined. becomes approximately constant.
  • the rotating tool 1 of this embodiment is used, even if the supporting height of the rotating tool 1 by the machining center is constant, the first elastic member 51 expands and contracts as appropriate to move the assembly 70 axially. In this way, by utilizing the elasticity of the first elastic member 51, it is possible to control the load by controlling the depth of insertion of the stirring pin 50 into the member to be welded 2 and the manner in which the shoulder 60 contacts the member to be welded 2. becomes.
  • the rotating tool 1 is arranged so as to be movable independently of the stirring pin 50 in the axial direction of the rotating shaft 12 without receiving a rotating force from the rotating shaft 12, and presses the member 2 to be welded.
  • a shoulder 60 is provided. The occurrence of burrs can be reduced by the shoulder 60 pressing the metal material that has been friction-stirred by the agitating pin 50 and overflowed from the insertion site of the agitating pin 50 . In this manner, the shoulder 60 provides a good surface finish after friction stir welding.
  • FIG. 6 is a graph showing the time and generated reaction force during friction stir welding of the rotary tool according to the first embodiment.
  • a point P1 indicates the position where the stir pin 50 is pushed into the welded member 2 most at the start position of the friction stir welding.
  • Point P2 indicates the steady-state start position of friction stir welding. Up to the point P1, the straight line rises to the right, indicating that the agitating pin 50 is pushed into the member 2 to be welded.
  • the generated reaction force gradually increases and reaches a peak (point P1). P2), and the generated reaction force becomes generally constant.
  • the rotary tool 1 includes a first restricting member 100 that restricts the movement of the stirring pin 50 in the axial direction to the proximal end side.
  • a first restricting member 100 that restricts the movement of the stirring pin 50 in the axial direction to the proximal end side.
  • the stirring pin 50 which is regulated by the first regulating member 100, is supported by the first regulating member 100 (the first regulating member 100 is held in contact with the slide shaft 31 and the bottom portion 22a). 50 is pressed against the member 2 to be welded, and the load applied by the welding device is applied to the stirring pin 50 via the first regulating member 100, so that the stirring pin 50 can be inserted into the member 2 to be welded. can.
  • the outer diameter and free length of the first elastic member 51 are as small (short) as possible.
  • increasing the spring constant tends to increase the generated reaction force (load) with respect to the amount of change, resulting in lower robustness.
  • the stirring pin 50 is more likely to be affected by the first elastic member 51, so there is a problem that the operation of the stirring pin 50 is unstable (difficult to control) in a steady state.
  • the first restricting member 100 restricts the movement of the slide shaft 31 . Force can be transmitted to pin 50 .
  • the stirring pin 50 can be inserted even into the member 2 to be welded which is relatively hard.
  • the spring constant of the first elastic member 51 does not have to be increased by the amount of the provision of the first regulating member 100, the degree of freedom in designing the first elastic member 51 is increased, and the robustness in the steady state can be enhanced. and the stirring pin 50 can be stably controlled.
  • the main body 10 further has a cylindrical holder 21 and a slide shaft 31 that is slidably accommodated in the center of the holder 21 in the rotation axis direction and that rotates synchronously with the holder 21.
  • the assembly 70 includes the slide shaft 31 is provided at the tip. Thereby, the assembly 70 can be slid in the rotation axis direction while transmitting the rotational force from the main body 10 to the assembly 70 .
  • the first elastic member 51 is accommodated inside the holder 21 and arranged between the base end portion 31 b of the slide shaft 31 and the bottom portion 22 a of the holder 21 . Thereby, the force that the first elastic member 51 receives from the stirring pin 50 side can be received by the bottom portion 22 a of the holder 21 . Therefore, even if the slide shaft 31 moves, the first elastic member 51 stably urges the stirring pin 50 toward the distal end side, so that the load control accuracy of the stirring pin 50 can be improved.
  • a key groove 23 is formed in the holder 21 and a key 32 is formed in the slide shaft 31 .
  • the slide shaft 31 and the assembly 70 rotate synchronously with the rotation of the holder 21 and allow axial movement in a stable state. Therefore, the operations of the stirring pin 50 and the shoulder 60 are further stabilized.
  • a bearing 63 is interposed between the shoulder 60 and the stirring pin 50 . Therefore, the shoulder 60 and the stirring pin 50 can be relatively rotated in a stable state.
  • the rotary tool 1 is provided with the holding portion 80 that holds the shoulder 60 in a non-rotating state, it becomes easier to hold the shoulder 60 in a non-rotating state, and the surface finish of the member to be welded 2 after friction stir welding is improved. becomes even better.
  • the first elastic member 51 is an elastic member that applies elastic force by at least one selected from a solid spring, fluid spring, magnetic force, and electromagnetic force. According to such a configuration, it is easy to adjust the elasticity of the first elastic member 51 .
  • the joining device 3 includes the rotary tool 1, power means, and position control means. Then, the rotating tool 1 is moved to a predetermined height position with respect to the member to be welded 2 by the position control means, and while the shoulder 60 is pressed against the member to be welded 2 , the material to be welded is stirred to the member to be welded 2 .
  • the pins 50 are inserted to perform friction stir welding on the members 2 to be welded. According to the welding device 3, by utilizing the elasticity of the first elastic member 51, the load control for controlling the insertion depth of the stirring pin 50 into the member to be welded 2 and the contact of the shoulder 60 to the member to be welded 2 can be performed. Friction stir welding can be performed while performing.
  • the shoulder 60 presses the metal material overflowing from the insertion site of the stirring pin 50 due to the friction stirring by the stirring pin 50, thereby reducing the occurrence of burrs and improving the finish of the surface after friction stir welding. Become. Therefore, even if a machining center is used, pseudo load control is possible, and the surface finish after friction stir welding is improved.
  • the rotary tool 1 is moved to a predetermined height position with respect to the member 2 to be welded, and is rotated to the member 2 to be welded while pressing the shoulder 60 against the member 2 to be welded.
  • Friction stir welding is performed on the member 2 to be welded by inserting the stir pin 50 .
  • load control for controlling the insertion depth of the stirring pin 50 into the member to be welded 2 and the contact of the shoulder 60 to the member to be welded 2 can be performed. Friction stir welding can be performed while performing.
  • the shoulder 60 presses the metal material overflowing from the insertion site of the stirring pin 50 due to the friction stirring by the stirring pin 50, thereby reducing the occurrence of burrs and improving the finish of the surface after friction stir welding. Become.
  • the load is controlled using the first elastic member 51. Friction stir welding can be performed. Further, according to the rotary tool 1, the welding apparatus 3, and the welding method, by using the first restricting member 100, the first elastic member 51 can be prevented from being damaged even for a relatively hard member to be welded, and the stirring pin can be used. can be inserted and friction stir welding can be performed while controlling the load.
  • the holding portion 85 has a shoulder 65 provided below the collar portion 53 that has a rectangular outer shape, and the guide member moves along the movement trajectory of the rotary tool 1A.
  • the guide members 86 are made of long members and are arranged so as to sandwich the shoulder 65 from both sides.
  • the guide member 86 is a holding portion included in the joining device 3 .
  • the shoulder 65 having such a configuration moves along the movement locus without rotating while the outer peripheral surface slides on the side surface of the guide member 86 .
  • the agitation pin 50 and the bearing 63 are inserted like the shoulder 60 of FIG. Other configurations are the same as those of the rotating tool 1 in FIG.
  • the lower end surface of the shoulder 60 is immovable with respect to the stirring pin 50 in the axial direction of the rotating shaft.
  • the lower end surface of is movable in the axial direction.
  • the shoulder 90 of the rotary tool 1B has a first member 91 , a second member 92 , a second elastic member 99 and a second restricting member 110 .
  • the stirring pin 50 and the shoulder 90 are integrated to form an assembly 75 that moves in the axial direction of the rotary shaft 12 together.
  • the first member 91 is a part that is rotatable relative to the stirring pin 50 and is made of tool steel, for example.
  • the first member 91 has a cylindrical shape and is arranged coaxially so as to surround the stirring pin 50 .
  • a stirring pin 50 is inserted into the hollow portion 93 of the first member 91 .
  • a base end portion (upper end portion in FIG. 8 ) of the hollow portion 93 is open, and a bearing 63 is interposed between the stirring pin 50 and the first member 91 .
  • a bearing 63 is arranged to surround the stirring pin 50 .
  • the first member 91 is rotatable relative to the stirring pin 50 and axially immovable.
  • a protruding portion 94 protruding from the intermediate end surface 91a of the first member 91 to the tip side is formed at the tip portion (lower end portion in FIG. 8) of the first member 91.
  • the projecting portion 94 has a cylindrical shape, and the agitating pin 50 is inserted therein.
  • the projecting portion 94 is a member for connecting the second member 92 .
  • a key 96 that protrudes outward from the outer peripheral surface is provided at the tip of the projecting portion 94 .
  • the key 96 is inserted into a key groove 97 of the second member 92 which will be described later.
  • the key 96 has an oval shape that is long in the direction of the rotation axis, and is radially arranged at intervals of 180° in the circumferential direction at two locations.
  • the shape of the key 96 is not limited to an elliptical shape, and other shapes such as a circle, an ellipse, an oblong ellipse, and a rectangle may be used as long as they have the same width dimension as the keyway 97. good too.
  • the second member 92 is a part that presses the member to be joined 2 while in contact with the member to be joined 2 .
  • the second member 92 is attached to the protrusion 94 , rotates synchronously with the first member 91 , and is relatively movable with respect to the first member 91 in the axial direction of the rotating shaft 12 .
  • the second member 92 is made of tool steel, for example.
  • the second member 92 has a cylindrical shape and is arranged coaxially so as to surround the stirring pin 50 .
  • a stirring pin 50 is inserted into the hollow portion 95 of the second member 92 .
  • the base end portion (upper end portion in FIG. 8) of the hollow portion 95 is open, and the tip portion of the projecting portion 94 is inserted therein.
  • a key groove 97 is formed in the hollow portion 95 .
  • the key groove 97 is formed in an elongated elliptical shape along the axial direction of the rotating shaft 12 (vertical direction in FIG. 8), and is formed in a groove shape on the inner peripheral surface of the hollow portion 95 .
  • the key grooves 97 are formed at two positions corresponding to the keys 96 of the projecting portion 94 .
  • the axial length of the key groove 97 is longer than the axial length of the key 96 so that the second member 92 can move axially with respect to the first member 91 .
  • the width dimension of the key groove 97 is the same as the width dimension of the key 96 , so that the second member 92 cannot rotate relative to the first member 91 .
  • the tip portion (tip surface) of the second member 92 is at the same height as the base end portion of the tapered surface of the tip portion 52 of the stirring pin 50. . That is, the tip portion 52 of the stirring pin 50 protrudes from the tip surface of the second member 92 toward the tip side.
  • the axial length of the shoulder 90 is shortened by moving the second member 92 from the position toward the first member 91 .
  • the second elastic member 99 is a portion that biases the second member 92, which is a part of the shoulder 90, toward the tip of the stirring pin 50 in the axial direction of the rotating shaft 12.
  • the second elastic member 99 is composed of, for example, a coil spring, and is arranged so as to surround the outer peripheral surface of the projecting portion 94 .
  • the second elastic member 99 is mounted between the intermediate end surface 91 a of the first member 91 and the base end portion (base end surface) 92 b of the second member 92 .
  • the second elastic member 99 can bias the second member 92 toward the distal end side against the force received from the second member 92 .
  • the elasticity of the second elastic member 99 is determined when the stirring pin 50 is inserted with a predetermined pushing load into the member to be welded 2 made of at least one material selected from the group consisting of aluminum, copper, magnesium, and alloys thereof. Second, the second member 92 is set to be displaced and press the joined member 2 within a predetermined range with respect to the entire movable range of the second member 92 by the elastic member.
  • the second elastic member 99 is a coil spring and the load applied to the second elastic member 99 is 50 kg to 2 tons, the free length of the second elastic member 99 is equal to the second elastic spring.
  • the second member 92 is set to press the member 2 to be joined while the member 99 is deformed in the range of 0 to 30%. As a result, the second member 92 is not inserted into the member to be joined 2 while the second member 92 is in contact with the member to be joined 2 , and the member to be joined 2 can be easily pressed by the second member 92 . .
  • the second elastic member 99 is easier to deform than the first elastic member 51 .
  • the second elastic member 99 is not limited to a coil spring like the first elastic member 51, but a metal spring such as a plate spring or disc spring, or a high-performance spring such as rubber, polymer resin, sponge-like resin, or the like. It may be a molecular elastic body (elastomer). Furthermore, the second elastic member 99 may be a fluid spring using air pressure, gas pressure, or hydraulic pressure, or a magnetic spring using magnetic force or electromagnetic force.
  • the second elastic member 99 is not inserted into the joined member 2 while the shoulder 90 pressed against the joined member 2 is in contact with the joined member 2 .
  • the welding conditions that affect the setting of the second elastic member 99 include, for example, the conditions of the welding member such as the material of the member to be welded 2 and the shape of the welded portion, the insertion depth of the stirring pin 50, the shape of the rotating tool 1B, Joining modes such as rotational speed and moving speed can be mentioned.
  • the shoulder 90 is in contact with the member to be joined 2 , and there may be some space between the shoulder 90 and the member to be joined 2 depending on the surface shape of the member to be joined 2 . Although it is good, it is preferable to make contact with the member to be welded 2 without a gap so that the metal material overflowing due to the friction stir welding can be pressed down to prevent the generation of burrs. Further, the shoulder 90 may be inserted into the member 2 to be joined to some extent, but it should not be inserted into the member 2 to be joined so deeply that a concave portion is not formed due to contact between the member 2 to be joined and the shoulder 90 after joining. preferable.
  • the second restricting member 110 is a member that restricts the movement of the second member 92 to the base end side of the rotating shaft 12 with respect to the first member 91 beyond a predetermined range.
  • the second restricting member 110 is fixed to the base end portion 92b of the second member 92 in this embodiment.
  • the shape of the second restricting member 110 is not particularly limited, it has a cylindrical shape in this embodiment.
  • the second restricting member 110 is made of a relatively hard material such as metal, resin, or rubber so as to withstand the reaction force during friction stir welding.
  • the second regulating member 110 is arranged so that the amount of deformation of the second elastic member 99 caused by the movement of the second member 92 does not exceed the maximum amount of deflection (maximum allowable amount) of the second elastic member 99 . restricts axial movement of
  • the tip surface of the shoulder 90 and the agitation pin 50 can be moved relative to each other, and the load of the shoulder 90 can be controlled by the second elastic member 99 . Therefore, the accuracy of load control of the shoulder 90 can be further improved. Furthermore, in the shoulder 90 of this modified example, a holding portion (not shown) is fixed to the outer peripheral surface of the first member 91, and the holding portion holds the shoulder 90 and the second member 92 in a non-rotating state. good too.
  • the rotating tool 1B includes a second restricting member 110 that restricts movement of the second member 92 toward the proximal end side with respect to the first member 91 . More specifically, when the second elastic member 99 is pushed by the joined member 2 via the second member 92, the second regulating member 110 is allowed to bend until the deflection amount of the second elastic member 99 reaches the maximum deflection amount. contacts the intermediate end surface 91 a of the first member 91 .
  • the amount of deformation generated in the second elastic member 99 is the same as that of the second elastic member
  • the movement of the second member 92 is restricted by the second restricting member 110 within a range not exceeding the maximum amount of deflection of the second member 99 . Therefore, even if the member to be joined 2 is relatively hard and requires a large load, it is possible to prevent the second elastic member 99 from deforming beyond its limit. As a result, the shoulder 90 can be pressed against the relatively hard member 2 to be joined, and damage to the rotary tool 1B can be prevented.
  • the second member 92 (shoulder 90) regulated by the second regulating member 110 is supported by the second regulating member 110 (the second regulating member 110 contacts the first member 91 and the second member 92).
  • the second member 92 is pressed against the member to be joined 2 in the sandwiched state), and the load applied by the joining device is applied to the second member 92 via the second restricting member 110, so that the member to be joined is pressed. 2 can be pressed by the second member 92 .
  • the generated reaction force (load) is reduced, the support of the second member 92 by the second regulating member 110 is released, and the second member 92 that is no longer regulated by the second regulating member 110 is moved in the axial direction. You will be able to move to At this time, the joined member 2 is pressed against the second member 92 because the second member 92 is biased toward the distal end side by the second elastic member 99 .
  • the second elastic member 99 is pressed with a desired stress. load control can be performed.
  • the outer diameter and free length of the second elastic member 99 are as small (short) as possible.
  • the robustness is lowered. That is, when the spring constant is increased, the second member 92 is more likely to be affected by the second elastic member 99, so there is a problem that the operation of the second member 92 is unstable (difficult to control) in a steady state.
  • the spring constant of the second elastic member 99 is not increased, the movement of the second member 92 is restricted by the second restricting member 110 . Force can be transmitted to the second member 92 . As a result, the second member 92 can be pressed even against the relatively hard joined members 2 .
  • the spring constant of the second elastic member 99 does not have to be increased by the amount of the provision of the second regulating member 110, the degree of freedom in designing the second elastic member 99 increases, and the robustness in the steady state can be enhanced. and the second member 92 can be stably controlled.
  • the second modified example is not limited to the configuration described above, and can be changed as appropriate.
  • the second restricting member 110 is provided on the second member 92 , but the second restricting member 110 may be provided on the intermediate end surface 91 a of the first member 91 .
  • the second regulating member 110 and the base end portion 92b of the second member 92 come into contact with each other, causing the second elastic member 99 to deform beyond the maximum amount of deflection. can prevent you from doing it.
  • the second restricting member 110 may be ring-shaped and loosely fitted between the first member 91 and the second member 92 .
  • the second restricting member 110 is provided on the second member 92 , but the second restricting member 110 may be provided on the bottom portion 95 a of the hollow portion 95 of the second member 92 .
  • the second regulating member 110 is provided on the second member 92 , but the second regulating member 110 may be provided at the end (lower end) of the projecting portion 94 .
  • the second restricting portion 110 contacts the bottom portion 95a of the hollow portion 95, thereby preventing the second elastic member 99 from being deformed beyond the maximum deflection amount. be able to.
  • the second restricting member 110 is provided on the second member 92 , but the second restricting member 110 may be provided on the outer peripheral surface of the protruding portion 94 on the tip side. Further, a groove portion may be provided on the inner peripheral surface of the second member 92 to allow axial movement of the second restricting member 110 . By contacting the second restricting portion 110 with the groove wall of the groove before the second elastic member 99 reaches the maximum amount of deflection, the second elastic member 99 can be prevented from being deformed beyond the maximum amount of deflection. can.
  • the groove of the second member 92 and the second elastic member 99 may be realized by the key groove 97 and the key 96 .
  • the second restricting member 110 is provided on the second member 92 , but the second restricting member 110 may be provided on the outer peripheral surface (side surface portion) of the projecting portion 94 on the proximal end side.
  • a rotating tool 1C according to a second embodiment includes a main body 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, an agitating pin 50, a first elastic member 51, and a first restricting member 100C. Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same reference numerals are given and the description is omitted.
  • a first regulating member (first proximal side fixed regulating member) 100C is fixed to the bottom portion 22a of the holder 21 and provided. That is, the base end portion 100Cb of the first restricting member 100C and the bottom portion 22a are always connected.
  • the specific illustration is omitted, as shown in FIG. 2, before the first elastic member 51 reaches the maximum amount of deflection, the distal end portion 100Ca of the first restricting member 100C and the proximal end portion 31b of the slide shaft 31 are displaced. abut to restrict the movement of the slide shaft 31 and the agitation pin 50 (assembly 70) toward the base end side.
  • the first restricting member 100C is provided on the bottom portion 22a of the holder 21, so that the restricting member and the first elastic member 51 move freely inside the holder 21. Avoid contact. Further, since the first regulating member 100C can be fixed at a fixed position, the distal end portion 100Ca of the first regulating member 100C and the proximal end portion 31b of the slide shaft 31 can be brought into contact at a fixed position. A reaction force generated along with the insertion of the tool 1C can be received at a predetermined position and stable operation can be performed.
  • a rotating tool 1D according to a third embodiment includes a main body 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, an agitating pin 50, a first elastic member 51, and a first restricting member 100D. Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same reference numerals are given and the description is omitted.
  • a first restricting member (first distal end side fixed restricting member) 100D is fixed to the slide shaft 31 and provided. That is, the distal end portion 100Da of the first restricting member 100D and the proximal end portion 31b of the slide shaft 31 are always connected. Although the specific illustration is omitted, as shown in FIG. 2, the base end portion 100Db of the first regulating member 100D and the bottom portion 22a of the holder 21 come into contact with each other before the first elastic member 51 reaches the maximum amount of deflection. It is possible to restrict the movement of the slide shaft 31 and the stirring pin 50 (the assembly 70) to the proximal end side.
  • This embodiment can also achieve substantially the same effect as the first embodiment. Furthermore, since the first restricting member 100D is provided on the slide shaft 31, the restricting member moves freely inside the holder 21, thereby bringing the restricting member and the first elastic member 51 into contact with each other. can be avoided. Further, since the first regulating member 100D can be fixed at a fixed position, the base end portion 100Db of the first regulating member 100D and the bottom portion 24 of the holder 21 can be brought into contact with each other at a fixed position. It is possible to receive the reaction force generated by the insertion of the device at a predetermined position and perform stable operation.
  • FIG. A rotary tool 1E according to the fourth embodiment includes a main body 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, an agitating pin 50, a first elastic member 51, and a first restricting member 100E. Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same reference numerals are given and the description is omitted.
  • a first regulating member (first intermediate regulating member) 100E is fixed to the outer peripheral surface (side surface portion) of the slide shaft 31 .
  • the first regulating member 100E is a plate-like member that vertically protrudes radially outward from the outer peripheral surface of the slide shaft 31 .
  • the first restricting member 100E is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft 31 on the base end side in the axial direction.
  • the first regulating member 100E may be singular or plural in number.
  • the first restricting member 100 ⁇ /b>E is formed so as to move in the axial direction along with the movement of the slide shaft 31 in the through hole M penetrating the holder 21 in the radially outward direction. As shown in FIG.
  • the first regulating member 100E and the hole wall (intermediate portion of the holder) Ma on the base end side of the through hole M abut and slide. Movement of the shaft 31 and the agitation pin 50 (the assembly 70) to the proximal side can be restricted.
  • the through hole M of the holder 21 is set as the "intermediate portion”, but another portion of the holder 21 is set as the "intermediate portion”, and the intermediate portion and the first regulating member 100E are brought into contact with each other.
  • a groove portion may be provided instead of the through hole M, and the first restricting member 100E may move within the groove portion.
  • the keyway 23 and the key 32 may realize the through hole M and the first restricting member 100E.
  • This embodiment can also achieve substantially the same effect as the first embodiment. Furthermore, according to this embodiment, since the first restricting member 100E is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft 31, interference with the first elastic member 51 accommodated inside the holder 21 can be avoided. . Therefore, even if the regulating member cannot be accommodated inside the holder 21 together with the elastic member due to the influence of the structure, shape, operation, or function of the elastic member, the first regulating member provided on the outer peripheral surface can Movement of the assembly 70 can be restricted by the member 100E. Therefore, the degree of freedom in design can be increased.
  • FIG. A rotary tool 1F according to the fifth embodiment includes a main body 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, a stirring pin 50, a first elastic member 51, and a first restricting member 100F. Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same reference numerals are given and the description is omitted.
  • a first regulating member (first distal side regulating member) 100F is fixed to the outer peripheral surface (side surface portion) of the slide shaft 31 and provided.
  • the first restricting member 100F is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft 31 on the distal end side.
  • the first regulating member 100F is a plate-like member projecting vertically from the outer peripheral surface of the slide shaft 31 in the radially outward direction.
  • the first regulating member 100F may be singular or plural in number.
  • the first regulating member 100F and the tip portion 21a of the holder 21 come into contact, and the slide shaft 31 and the stirring pin 50 (assembly 70) are disengaged. Movement to the proximal side can be restricted.
  • This embodiment can also achieve substantially the same effect as the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, since the first restricting member 100F is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft 31, interference with the first elastic member 51 accommodated inside the holder 21 can be avoided. . Therefore, even if the regulating member cannot be accommodated inside the holder 21 together with the elastic member due to the influence of the structure, shape, operation, or function of the elastic member, the first regulating member provided on the outer peripheral surface can Movement of the assembly 70 can be restricted by the member 100F. Therefore, the degree of freedom in design can be increased.
  • the through hole M and the first restricting member 100E are realized by the key groove 23 and the key 32, and the first restricting member 100E and the key groove 23 abut against each other, according to the present embodiment, the Since the first restricting member 100F and the tip portion 21a of the holder 21 abut against each other, application of a load to the key groove 23 can be avoided.
  • FIG. A rotary tool 1G according to the sixth embodiment includes a main body 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, a stirring pin 50, a first elastic member 51, and a first restricting member 100G. Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same reference numerals are given and the description is omitted.
  • a first regulating member (first tip surface regulating member) 100G is provided by being fixed to the tip portion (tip surface) 31 a of the slide shaft 31 .
  • the first regulating member 100G is a plate-like member that vertically protrudes radially outward from the tip portion (tip surface) 31a of the slide shaft 31 .
  • the first restricting member 100 ⁇ /b>G protrudes outward from the outer peripheral surface of the slide shaft 31 .
  • the first regulating member 100G may be singular or plural in number. As shown in FIG.
  • This embodiment can also achieve substantially the same effect as the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, since the first restricting member 100G is provided at the tip of the slide shaft 31, interference with the first elastic member 51 accommodated inside the holder 21 can be avoided. . For this reason, even if the regulating member cannot be housed inside the holder 21 together with the elastic member due to the influence of the structure, shape, operation, or function of the elastic member, the first regulating member provided at the distal end can be used. Movement of the assembly 70 can be restricted by the member 100G. Therefore, the degree of freedom in design can be increased.
  • the through hole M and the first restricting member 100E are realized by the key groove 23 and the key 32, and the first restricting member 100E and the key groove 23 abut against each other, according to the present embodiment, the Since the first restricting member 100G and the tip portion 21a of the holder 21 are in contact with each other, application of a load to the keyway 23 can be avoided.
  • FIG. A rotary tool 1 ⁇ /b>H according to the seventh embodiment includes a main body 10 having a holder 21 and a slide shaft 31 , a stirring pin 50 and a first elastic member 51 . Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment, the same reference numerals are given and the description is omitted.
  • the agitation pin 50 is composed of a tip portion 52 and a flange portion 53 .
  • the collar portion 53 has a larger diameter than the tip portion 52 .
  • the outer diameter of the flange portion 53 is larger than the inner diameter of the slide shaft 31 .
  • the outer diameter of the flange portion 53 is larger than the inner diameter of the storage recess 22 of the holder 21 .
  • the brim portion 53 of the stirring pin 50 and the tip portion 21a of the holder 21 come into contact with each other, and the slide shaft 31 and the stirring pin 50 (the assembly 70 ) can be restricted from moving proximally. That is, in the present embodiment, the stirring pin 50 itself serves as a restricting member.
  • the stirring pin 50 functions as a restricting member, thereby avoiding interference with the first elastic member 51 housed inside the holder 21 . Therefore, even if the regulation member cannot be housed inside the holder 21 together with the elastic member due to the influence of the structure, shape, operation, or function of the elastic member, the agitation pin 50 can move the agitation pin 50 and so on. Movement of itself and assembly 70 can be restricted. Therefore, the degree of freedom in design can be increased.
  • the key groove 23 is formed in the holder 21 and the key 32 is formed in the slide shaft 31, but the present invention is not limited to this.
  • a key may be formed on the holder 21 and a key groove may be formed on the slide shaft 31 .
  • the rotary tool 1 is provided with the holding part 80 fixed to the shoulder 60, and this holding part is connected to the welding device to hold the shoulder 60 in a non-rotating state. It is not limited.
  • the joining device 3 has a rod-shaped arm member fixed to the fixing system of the joining device 3 as a second holding part, and this second holding part is connected to the shoulder 60 of the rotary tool 1 to keep the shoulder 60 in a non-rotating state. may be held in This second holding part is included in the joining device 3 .
  • the rotating tool 1 has a rod-shaped arm member fixed to the shoulder 60 as the holding part 80, and the joining device 3 has a rod-shaped arm fixed to the fixing system of the joining device 3 as the second holding part.
  • a member may be provided to hold the shoulder 60 in a non-rotating state by connecting both holding portions to each other.
  • This holding part is included in the rotary tool 1 and the joining device 3 .
  • the holding portion included in the rotary tool 1 and the second holding portion included in the joining device 3 and operating in cooperation with the holding portion included in the rotary tool 1 may be provided at the same time.
  • the welding device 3 is provided with the second holding portion that holds the shoulder 60 in a non-rotating state, the shoulder 60 can be easily held in a non-rotating state, and the surface of the member 2 to be welded after friction stir welding is reduced. The finish of is even better.
  • the first elastic member 51 is arranged between the slide shaft 31 and the bottom portion 22a of the storage recess 22.
  • the arrangement of the restricting member may be changed according to the arrangement of the first elastic member 51 .
  • the first elastic member 51 may be arranged on the outer circumference of the slide shaft 31 and between the holder 211 and the collar portion 53 .
  • the first elastic member 51 is positioned near the intermediate portion between the slide shaft 31 and the stirring pin 50 and the first elastic member 51 acts evenly in the circumferential direction of the slide shaft 31 . Therefore, even if the slide shaft 31 moves, the first elastic member 51 stably urges the assembly 70 toward the distal end side. Therefore, the accuracy of load control of the stirring pin 50 and the shoulder 60 can be improved.
  • the tip portion 52 of the stirring pin 50 protrudes downward from the tip portion (tip surface) 92a of the second member 92 was exemplified, but it is not limited to this. .
  • the tip 92a of the second member 92 may protrude below the tip 52 of the agitation pin 50 while not in contact with the member 2 to be welded.
  • the second member 92 presses the member 2 to be welded.
  • the agitating pin 50 separates from the member to be welded 2 first.
  • the second member 92 presses down the metal material that flows and overflows due to the insertion of the stirring pin 50. be able to. Therefore, the metal material pressed by the second member 92 can be easily filled in the hole created when the stirring pin 50 is pulled out.
  • friction stir welding is performed at a spot where the rotary tool 1B is inserted and pulled out without being moved from the insertion position during friction stir welding, it is easy to prevent the formation of a hole.
  • the first restricting member may have a tubular shape with an inner diameter larger than the outer diameter of the first elastic member 51 .
  • the first elastic member 51 may be arranged inside the first restricting member so that the first restricting member covers the outside of the first elastic member 51 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

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（１）であって、本体部（１０）、被接合部材に対する摩擦攪拌を行う攪拌ピン（５０）、及び被接合部材を押圧するショルダ（６０）、を備え、攪拌ピン（５０）とショルダ（６０）は、アセンブリ（７０）を構成し、アセンブリ（７０）を攪拌ピン（５０）の先端側に向けて付勢する第一弾性部材（５１）、及びアセンブリ（７０）が回転軸の軸方向の基端側へ移動することを規制する第一規制部材（１００）、をさらに備え、第一規制部材（１００）は、アセンブリの移動に伴って第一弾性部材（５１）に生じる変形量が、第一弾性部材（５１）の最大許容量を超えないように、アセンブリ（７０）の移動を規制する、ことを特徴とする。

Description

回転ツール、接合装置及び接合方法
　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、前記本体部からの回転力を受けて回転可能に、且つ前記回転軸の軸方向に対して移動可能に前記本体部に配設され、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、及び前記攪拌ピンとは別体に構成され、前記本体部からの回転力を受けず、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、前記被接合部材に接触した状態で前記被接合部材を押圧するショルダ、を備え、前記攪拌ピンと前記ショルダは、相対回転可能であるとともに一体的に前記回転軸の軸方向に対して移動するように取り付けられてアセンブリを構成し、
　前記回転軸の軸方向に対して、前記アセンブリを前記攪拌ピンの先端側に向けて付勢する第一弾性部材、及び前記アセンブリ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第一規制部材、をさらに備え、前記第一規制部材は、前記アセンブリの移動に伴って前記第一弾性部材に生じる変形量が、前記第一弾性部材の最大許容量を超えないように、前記アセンブリの移動を規制する、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、前記アセンブリは、前記スライド軸の先端に設けられ、前記スライド軸は、前記第一弾性部材を介して前記アセンブリの先端側に向けて付勢されており、前記第一規制部材は、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ことが好ましい。
　また、前記回転軸の軸方向に対して前記ショルダを前記攪拌ピンの先端側に向けて付勢する第二弾性部材、及び前記ショルダ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第二規制部材、をさらに備え、前記第二規制部材は、前記ショルダの移動に伴って前記第二弾性部材に生じる変形量が、前記第二弾性部材の最大許容量を超えないように、前記ショルダの移動を規制することが好ましい。
　また、前記第一規制部材は、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第一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、前記第一規制部材は、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第一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、前記第一規制部材は、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第一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、前記第一規制部材は、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、前記第一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、前記第一規制部材は、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、前記第一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、前記第一規制部材は、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、前記第一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、前記攪拌ピンが、前記第一規制部材であり、前記スライド軸の移動に伴い、前記攪拌ピン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、本発明は、請求項１乃至請求項１０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、請求項１乃至請求項１０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断面図である。 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各部の動作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断面図である。 本発明の第二実施形態に係る回転ツールを示す断面図である。 本発明の第三実施形態に係る回転ツールを示す断面図である。 本発明の第四実施形態に係る回転ツールを示す断面図である。 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断面図である。 本発明の第五実施形態に係る回転ツールを示す断面図である。 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断面図である。 本発明の第六実施形態に係る回転ツールを示す断面図である。 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断面図である。 本発明の第七実施形態に係る回転ツールを示す断面図である。 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断面図である。
　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、本実施形態に係る回転ツールの構成を説明する。図１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５参照）の摩擦攪拌接合を行う接合装置３（図１参照）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、攪拌ピン５０、ショルダ６０、第一弾性部材５１、及び第一規制部材１００を備えている。攪拌ピン５０とショルダ６０は、相対回転可能であるとともに一体的に回転軸の軸方向に対して移動するように取り付けられて、アセンブリ７０を構成している。また、回転ツール１は、保持部８０（図３参照）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ピン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２及び図３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及び攪拌ピン５０を支持する部位である。ホルダ２１は、上部が閉じた有底円筒形状（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の軸方向の下側（図１中、下側）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に限定されるものではなく、１であってもよいし、３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の中心部の収納凹部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、スライド軸３１の基端部（回転軸1２側の端部：図１中、上端部）で、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、攪拌ピン５０が一体的に設けられている。したがって、攪拌ピン５０は、第一弾性部材５１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。
＜攪拌ピン＞
　攪拌ピン５０は、本体部１０からの回転力を受けて、被接合部材２に回転しつつ挿入されて被接合部材２に対する摩擦攪拌を行う部位である。攪拌ピン５０は、例えば工具鋼で円柱形状に形成されている。攪拌ピン５０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５０の基端部には、拡径した鍔部５３が一体形成されている。鍔部５３は、スライド軸３１と一体形成されており、攪拌ピン５０及び鍔部５３は、スライド軸３１のスライド移動によって、回転軸の軸方向に移動する。鍔部５３は、スライド軸３１よりも大径であり、鍔部５３とスライド軸３１との連結部（鍔部５３の基端部）には、平面視でリング状の段部５４が形成されている。鍔部５３は、スライド軸３１の基端側（接合装置３の近い側：図１中、上側）からの第一弾性部材５１の弾性力を受ける受け部として機能する。また、鍔部５３は、攪拌ピン５０の先端側（図１中、下側）に設けられるショルダ６０を支持する支持部としても機能する。
＜ショルダ＞
　ショルダ６０は、被接合部材２に接触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６０は、攪拌ピン５０とは別体に構成され、攪拌ピン５０とは相対回転可能に設けられて、本体部１０からの回転力を受けないようになっている。ショルダ６０は、攪拌ピン５０と回転軸１２の軸方向に対して相対移動不可となっており、攪拌ピン５０と共に軸方向に移動する。つまり、ショルダ６０は、ホルダ２１に対しては軸方向に移動可能になっている。具体的には、ショルダ６０は、例えば工具鋼にて形成されている。ショルダ６０は、円筒形状を呈しており、攪拌ピン５０を囲うように同軸状に配置されている。つまり、ショルダ６０の中空部６１には、攪拌ピン５０が挿入されている。中空部６１の基端部（図１中、上端部）は開口しており、攪拌ピン５０とショルダ６０の間にベアリング６３が介設されている。ベアリング６３は、攪拌ピン５０を囲うように配置されている。これによって、ショルダ６０は、攪拌ピン５０に対して相対回転可能で且つ軸方向に相対移動不能になっている。
　ショルダ６０の先端部（先端面）は、攪拌ピン５０の先端部５２のテーパ面の基端部と同一高さとなっている。つまり、ショルダ６０の先端面から攪拌ピン５０の先端部５２が先端側に向かって突出している。ショルダ６０は、スライド軸３１のスライド移動によって、スライド軸３１に一体的に連結された攪拌ピン５０とともに回転軸１２の軸方向に移動する。
　以上のように、攪拌ピン５０とショルダ６０は、一体化され、共に回転軸１２の軸方向に移動するアセンブリ７０となっている。つまり、アセンブリ７０は、スライド軸３１の先端に設けられている。
＜第一弾性部材＞
　第一弾性部材５１は、回転軸の軸方向に対して攪拌ピン５０とショルダ６０とを備えたアセンブリ７０を先端側に向けて付勢する部位である。第一弾性部材５１は、例えばコイルばねにて構成されており、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の収納凹部２２の底部２２ａとの間に装着されている。第一弾性部材５１は、アセンブリ７０側から受ける力に対して、アセンブリ７０を先端側に向けて付勢できるようになっている。
　第一弾性部材５１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５０を、所定の押し込み荷重で挿入する場合に、第一弾性部材５１による攪拌ピン５０の全可動範囲内で、所定の範囲で攪拌ピン５０が変位して挿入されるように設定されている。
　例えば、第一弾性部材５１がコイルネばねの場合であって、第一弾性部材５１に加わる荷重を１００ｋｇ～５ｔで挿入する場合に、第一弾性部材５１の自由長に対して、第一弾性部材５１のたわみ量が０～３０％の範囲で変形した状態で、攪拌ピン５０が被接合部材２に挿入されるとともに、ショルダ６０が被接合部材２を押圧す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５０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、被接合部材の変化に合わせて第一弾性部材５１が変形することで、攪拌ピン５０の挿入量を一定に保ちやすくなる。
　なお、第一弾性部材５１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。さらに第一弾性部材５１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。
　第一弾性部材５１は、接合条件を考慮して、攪拌ピン５０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、第一弾性部材５１は、接合条件を考慮して、被接合部材２に押し付けられたショルダ６０が、被接合部材２と接触した状態で、被接合部材２に挿入されずに、被接合部材２を押さえ付けることができ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。第一弾性部材５１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５０の挿入深さ、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。
　なお、ショルダ６０は、少なくとも一部が被接合部材２と接触していればよく、被接合部材２の表面形状との関係に応じて被接合部材２との間に多少の空間が生じても良いが、摩擦攪拌接合によって溢れ出した金属材料を押さえ付けてバリの発生を防ぐことができるように、被接合部材２と隙間なく接触することが好ましい。また、ショルダ６０は、被接合部材２に多少は挿入されてもよいが、接合後に被接合部材２とショルダ６０との接触による凹部が生じない程度に、被接合部材２に深く挿入されないことが好ましい。
＜第一規制部材＞
　第一規制部材（第一遊嵌規制部材）１００は、図１等に示すように、攪拌ピン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。第一規制部材１００は、本実施形態では、ホルダ２１の内部において第一弾性部材５１の中空部に遊嵌状態で配置されている。第一規制部材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。第一規制部材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。第一規制部材１００は、攪拌ピン５０の移動に伴って第一弾性部材５１に生じる変形量が、第一弾性部材５１の最大たわみ量（最大許容量）を超えないように攪拌ピン５０の移動を規制する。
　例えば、本実施形態に係る第一弾性部材５１の最大たわみ量は、第一弾性部材５１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、第一弾性部材５１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、第一弾性部材５１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、第一規制部材１００は、本実施形態では、第一弾性部材５１の自由長に対して、第一弾性部材５１のたわみ量が３０％となった場合に、第一規制部材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２２ａに当接する。これにより、第一弾性部材５１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。第一弾性部材５１の最大たわみ量は、第一弾性部材５１及び第一規制部材１００に応じて適宜設定することができる。第一弾性部材５１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、第一弾性部材５１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、第一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、第一規制部材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ピン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ピン５０の移動を規制してもよい。
　また、第一規制部材１００は、アセンブリ７０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、第一規制部材１００は、本体部１０や攪拌ピン５０の一部が第一規制部材１００として機能するものであってもよく、第一規制部材１００が本体部１０や攪拌ピン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、第一規制部材１００が本体部１０や攪拌ピン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。
＜保持部＞
　保持部８０は、図３に示すように、ロッド状のアーム状の部材であって、先端部がショルダ６０の外周面に固定されている。保持部８０の基端部は、接合装置３側の固定系に接続されており、ショルダ６０を無回転状態に保持するようになっている。この保持部８０は、回転ツール１に含まれている。ショルダ６０は、回転軸１２、並びにホルダ２１及び攪拌ピン５０に対して相対回転可能に設けられており、さらに、保持部８０によって無回転状態に保持される。これにより、攪拌ピン５０が回転する場合であっても、ショルダ６０を無回転状態に保持することができる。
［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５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に対して回転ツール１のショルダ６０を押圧しながら、被接合部材２に回転ツール１の攪拌ピン５０を挿入して、被接合部材２に対する摩擦攪拌接合を行う。
　攪拌ピン５０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５０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、第一弾性部材５１が圧縮を受けることで、被接合部材２に向けて攪拌ピン５０を付勢する第一弾性部材５１による弾性力が強まりながら、攪拌ピン５０が被接合部材に挿入される。
　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６０が被接合部材２に接触する。第一弾性部材５１が圧縮を受けることで、被接合部材２に向けて攪拌ピン５０及びショルダ６０を付勢する第一弾性部材５１による弾性力がより強まりながら、ショルダ６０が被接合部材２に押し付けられる。このとき、第一弾性部材５１のたわみ量が最大たわみ量を超えないように、第一弾性部材５１の変形による余力を残した状態で、攪拌ピン５０が被接合部材２に挿入されるとともに、ショルダ６０を被接合部材２に押圧することができるように第一弾性部材５１及び接合条件が設定されている。あるいは、第一弾性部材５１のたわみ量が最大たわみ量を超えないように、第一規制部材１００によってアセンブリ７０の移動が規制された状態で、攪拌ピン５０が被接合部材２に押圧されることによって、攪拌ピン５０が被接合部材２に挿入される。また、ショルダ６０が、被接合部材２と接触した状態で、被接合部材２に挿入されずに、被接合部材２を押さえ付けることができるように第一弾性部材５１及び接合条件が設定されている。
　回転ツール１による接合中は、図５中、左側に示すように、攪拌ピン５０とショルダ６０を備えたアセンブリ７０が第一弾性部材５１によって先端側に向けて付勢されている。これにより、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、図５中、左側に示すように、攪拌ピン５０の先端部５２が、所望の深さで被接合部材２に押し込まれる。また、ショルダ６０は、被接合部材２に対して接触した状態で、被接合部材２に挿入されずに、被接合部材２を押さえ付けることができるようになっている。
　次に、図５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、第一弾性部材５１が存在せずに攪拌ピン５０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５０及びショルダ６０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ピン５０を含むアセンブリ７０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第一弾性部材５１が圧縮されて、アセンブリ７０が第一弾性部材５１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、攪拌ピン５０及びショルダ６０の位置が変更される。このときの攪拌ピン５０及びショルダ６０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、第一弾性部材５１が設定されている。仮に、第一弾性部材５１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、第一弾性部材５１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５０が被接合部材２に挿入されるように、第一弾性部材５１が設定されている。また、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、ショルダ６０が被接合部材２に接触した状態で、被接合部材２に挿入されずに、被接合部材２を押さえ付けるように、第一弾性部材５１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５中、右側に示すように、第一弾性部材５１が伸張して、攪拌ピン５０を含むアセンブリ７０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５０が被接合部材２に挿入されるように、第一弾性部材５１が設定されている。また、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、ショルダ６０が被接合部材２に接触した状態で、被接合部材２に挿入されずに、被接合部材２を押さえ付けるように、第一弾性部材５１が設定されている。
　以上のように、回転ツール１では、第一弾性部材５１の作用によって、攪拌ピン５０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。また、回転ツール１では、第一弾性部材５１の作用によって、ショルダ６０が被接合部材２を押圧する状態を保ちながら、攪拌ピン５０を被接合部材２に挿入して摩擦攪拌を行うことで、攪拌ピン５０による摩擦攪拌を受けて攪拌ピン５０の挿入部位から溢れ出した金属材料をショルダ６０が押さえ付けることができる。したがって、バリの発生を軽減することができる。
［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アセンブリ７０が、第一弾性部材５１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５０の先端部５２を被接合部材２に挿入した際に、第一弾性部材５１の弾性に応じて、攪拌ピン５０が所定の深さにまで挿入される。また、アセンブリ７０が、第一弾性部材５１によって先端側に向けて付勢されていることによって、第一弾性部材５１の弾性に応じて、ショルダ６０が被接合部材２に押圧される。接合部材や接合態様といった接合条件を考慮して、第一弾性部材５１を設定することで、攪拌ピン５０を所望の深さに挿入させるとともに、ショルダ６０によって被接合部材２を押さえ付けることができる。つまり、回転ツール１は、第一弾性部材５１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、攪拌ピン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、第一弾性部材５１が適宜伸縮して、アセンブリ７０が軸方向に移動する。このように、第一弾性部材５１の弾性を利用することで、攪拌ピン５０の被接合部材２への挿入深さと、ショルダ６０による被接合部材２への接触態様を制御できるという荷重制御が可能となる。
　また、回転ツール１は、回転軸１２からの回転力を受けずに、回転軸１２の軸方向に対して攪拌ピン５０とは個別に移動可能に配設されて、被接合部材２を押圧するショルダ６０を備えている。攪拌ピン５０による摩擦攪拌を受けて攪拌ピン５０の挿入部位から溢れ出した金属材料をショルダ６０が押さえ付けることによって、バリの発生を軽減することができる。このようにして、ショルダ６０によって、摩擦攪拌接合後の表面の仕上がりが良好になる。
　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問題があった。
　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５０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５０の挿入に対して攪拌ピン５０の発熱による材料の軟化が追い付かず、攪拌ピン５０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５０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５０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６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５０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５０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５０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５０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、攪拌ピン５０の軸方向の基端側への移動を規制する第一規制部材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、第一弾性部材５１に生じるたわみ量が、第一弾性部材５１の最大たわみ量を超えない範囲で、第一規制部材１００によって攪拌ピン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、第一弾性部材５１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、第一弾性部材５１を利用しながら攪拌ピン５０を挿入することができ、かつ、第一弾性部材５１及び回転ツール１の破損を防ぐことができる。
　また、第一規制部材１００によって規制される攪拌ピン５０が第一規制部材１００によって支持された状態（第一規制部材１００がスライド軸３１と底部２２ａとに当接し挟持された状態）で攪拌ピン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、第一規制部材１００を介して攪拌ピン５０に加えられることで、被接合部材２に攪拌ピン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、第一規制部材１００による攪拌ピン５０の支持が解除されて、第一規制部材１００により規制されなくなった攪拌ピン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、第一弾性部材５１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、第一弾性部材５１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、第一弾性部材５１によって攪拌ピン５０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５０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、第一弾性部材５１のばね定数を大きくしなくても、第一規制部材１００がスライド軸３１の移動を規制するため、第一規制部材１００を介して攪拌ピン５０に力を伝えることができる。これにより、比較的硬い被接合部材２にも攪拌ピン５０を挿入することができる。また、第一規制部材１００を設ける分、第一弾性部材５１のばね定数を大きくしなくてよいため、第一弾性部材５１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５０を安定して制御することができる。
　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、アセンブリ７０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からの回転力をアセンブリ７０に伝達しつつ、アセンブリ７０を回転軸方向にスライドすることができる。
　回転ツール１においては、第一弾性部材５１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の底部２２ａとの間に配置されている。これにより、第一弾性部材５１が攪拌ピン５０側から受ける力をホルダ２１の底部２２ａ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、第一弾性部材５１が攪拌ピン５０を先端側に向けて安定に付勢するため、攪拌ピン５０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及びアセンブリ７０が、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、攪拌ピン５０及びショルダ６０の動作がより一層安定する。
　ショルダ６０と攪拌ピン５０との間には、ベアリング６３が介設されている。したがって、ショルダ６０と攪拌ピン５０とが安定した状態で相対回転できる。
　また、回転ツール１は、ショルダ６０を無回転状態に保持する保持部８０を備えているので、ショルダ６０を無回転状態に保持しやすくなり、摩擦攪拌接合後の被接合部材２の表面の仕上がりがより一層良好になる。
　回転ツール１においては、第一弾性部材５１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弾性部材である。このような構成によれば、第一弾性部材５１の弾性を調整し易い。
　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に対してショルダ６０を押圧しながら、被接合部材２に攪拌ピン５０を挿入して、被接合部材２に対する摩擦攪拌接合を行う。接合装置３によれば、第一弾性部材５１の弾性を利用することで、攪拌ピン５０の被接合部材２への挿入深さと、ショルダ６０による被接合部材２への接触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。また、攪拌ピン５０による摩擦攪拌を受けて攪拌ピン５０の挿入部位から溢れ出した金属材料をショルダ６０が押さえ付けることによってバリの発生を軽減して、摩擦攪拌接合後の表面の仕上がりが良好になる。したがって、マシニングセンタを用いても、疑似的な荷重制御が可能となるとともに、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に対してショルダ６０を押圧しながら、被接合部材２に回転する攪拌ピン５０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、第一弾性部材５１の弾性を利用することで、攪拌ピン５０の被接合部材２への挿入深さと、ショルダ６０による被接合部材２への接触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。また、攪拌ピン５０による摩擦攪拌を受けて攪拌ピン５０の挿入部位から溢れ出した金属材料をショルダ６０が押さえ付けることによってバリの発生を軽減して、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、第一弾性部材５１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、第一規制部材１００を利用することで、比較的硬い被接合部材に対しても第一弾性部材５１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７を参照しながら、第一実施形態の第一変形例について説明する。第一変形例に係る保持部８５は、図７に示すように、鍔部５３の下方に設けられたショルダ６５の外形が矩形形状を呈しており、回転ツール１Ａの移動軌跡に沿ってガイド部材８６が設けられている。ガイド部材８６は、長尺部材からなり、ショルダ６５を両側から挟むようにそれぞれ配置されている。ガイド部材８６は、接合装置３が備える保持部である。このような構成のショルダ６５は、外周面がガイド部材８６の側面に摺動しながら回転せずに移動軌跡に沿って移動する。ショルダ６５の内部には、図１のショルダ６０と同様に、攪拌ピン５０及びベアリング６３が挿入されている。その他の構成は、図１の回転ツール１と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
［３．第二変形例］
　次に、図８を参照しながら、第一実施形態の第二変形例について説明する。前記実施形態では、ショルダ６０の下端面は、攪拌ピン５０に対して、回転軸の軸方向に移動不能であるが、第二変形例に係るショルダ９０は、図８に示すように、ショルダ９０の下端面を軸方向に移動可能な構成となっている。具体的には、回転ツール１Ｂのショルダ９０は、第一部材９１と、第二部材９２と、第二弾性部材９９と、第二規制部材１１０と、を有している。また、攪拌ピン５０とショルダ９０とは一体化されて、共に回転軸１２の軸方向に移動するアセンブリ７５となっている。
　第一部材９１は、攪拌ピン５０とは相対回転可能に設けられる部位であって、例えば工具鋼にて形成されている。第一部材９１は、円筒形状を呈しており、攪拌ピン５０を囲うように同軸状に配置されている。第一部材９１の中空部９３には、攪拌ピン５０が挿入されている。中空部９３の基端部（図８中、上端部）は開口しており、攪拌ピン５０と第一部材９１との間にベアリング６３が介設されている。ベアリング６３は、攪拌ピン５０を囲うように配置されている。これによって、第一部材９１は、攪拌ピン５０に対して相対回転可能で且つ軸方向に相対移動不能になっている。
　第一部材９１の先端部（図８中、下端部）には、第一部材９１の中間端面９１ａから先端側に突出する突出部９４が形成されている。突出部９４は、円筒形状を呈しており、内部に攪拌ピン５０が挿通されている。突出部９４は、第二部材９２を接続するための部材である。突出部９４の先端部には、外周面から外側に突出するキー９６が設けられている。キー９６は、後記する第二部材９２のキー溝９７に挿入される。キー９６は、回転軸方向に長い長円形状を呈しており、円周方向に１８０°間隔で放射状に配置され、２か所に形成されている。なお、キー９６の形状は、長円形状に限定されるものではなく、キー溝９７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。
　第二部材９２は、被接合部材２に接触した状態で被接合部材２を押圧する部位である。第二部材９２は、突出部９４に取り付けられ、第一部材９１と同期回転するとともに、第一部材９１に対して、回転軸１２の軸方向に相対移動可能な部位である。第二部材９２は、例えば工具鋼にて形成されている。第二部材９２は、円筒形状を呈しており、攪拌ピン５０を囲うように同軸状に配置されている。第二部材９２の中空部９５には、攪拌ピン５０が挿入されている。中空部９５の基端部（図８中、上端部）は開口しており、突出部９４の先端部が挿入されている。
　中空部９５には、キー溝９７が形成されている。キー溝９７は、回転軸１２の軸方向（図８中、上下方向）に沿って長尺の長円形に形成されており、中空部９５の内周面に溝状に形成されている。キー溝９７は、突出部９４のキー９６に対応する位置の２か所に形成されている。キー溝９７の軸方向長さは、キー９６の軸方向長さより長く、第二部材９２が第一部材９１に対して軸方向に移動可能となっている。キー溝９７の幅寸法は、キー９６の幅寸法と同等であり、第二部材９２が第一部材９１に対して相対回転不能になっている。キー９６がキー溝９７の基端側に位置するときに、第二部材９２の先端部（先端面）は、攪拌ピン５０の先端部５２のテーパ面の基端部と同一高さとなっている。つまり、第二部材９２の先端面から攪拌ピン５０の先端部５２が先端側に向かって突出している。第二部材９２は、前記位置から第一部材９１側に移動することで、ショルダ９０の軸方向長さが短くなる。
　第二弾性部材９９は、回転軸１２の軸方向に対してショルダ９０の一部である第二部材９２を攪拌ピン５０の先端側に向けて付勢する部位である。第二弾性部材９９は、例えばコイルばねにて構成されており、突出部９４の外周面を囲うように配置されている。第二弾性部材９９は、第一部材９１の中間端面９１ａと第二部材９２の基端部（基端面）９２ｂとの間に装着されている。第二弾性部材９９は、第二部材９２から受ける力に対して、第二部材９２を先端側に向けて付勢できるようになっている。
　第二弾性部材９９の弾性は、アルミ、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質からなる被接合部材２に対して攪拌ピン５０を所定の押し込み荷重で挿入する場合に、弾性部材による第二部材９２の全可動範囲に対して所定の範囲で、第二部材９２が変位して被接合部材２を押圧するように設定されている。
　例えば、第二弾性部材９９がコイルネばねの場合であって、第二弾性部材９９に加わる荷重を５０ｋｇ～２ｔで挿入する場合には、第二弾性部材９９の自由長に対して、第二弾性部材９９のたわみ量が０～３０％の範囲で変形した状態で、第二部材９２が被接合部材２を押圧するように設定されている。これにより、被接合部材２に対して第二部材９２が接触した状態で、第二部材９２が被接合部材２に挿入されることなく、第二部材９２で被接合部材２を押さえ付けやすくなる。第二弾性部材９９は、第一弾性部材５１よりも変形し易くなっている。
　なお、第二弾性部材９９は、第一弾性部材５１と同様に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。さらに第二弾性部材９９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。
　第二弾性部材９９は、接合条件を考慮して、被接合部材２に押し付けられたショルダ９０が、被接合部材２と接触した状態で、被接合部材２に挿入されずに、被接合部材２を押さえ付けることができ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。第二弾性部材９９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５０の挿入深さ、回転ツール１Ｂ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。なお、ショルダ９０は、少なくとも一部が被接合部材２と接触していればよく、被接合部材２の表面形状との関係に応じて被接合部材２との間に多少の空間が生じても良いが、摩擦攪拌接合によって溢れ出した金属材料を押さえ付けてバリの発生を防ぐことができるように、被接合部材２と隙間なく接触することが好ましい。また、ショルダ９０は、被接合部材２に多少は挿入されてもよいが、接合後に被接合部材２とショルダ９０との接触による凹部が生じない程度に、被接合部材２に深く挿入されないことが好ましい。
　第二規制部材１１０は、図８に示すように、第一部材９１に対して第二部材９２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。第二規制部材１１０は、本実施形態では、第二部材９２の基端部９２ｂに固定されている。第二規制部材１１０の形状は特に制限されないが、本実施形態では円筒状を呈する。第二規制部材１１０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。第二規制部材１１０は、第二部材９２の移動に伴って第二弾性部材９９に生じる変形量が、第二弾性部材９９の最大たわみ量（最大許容量）を超えないように第二部材９２の軸方向の移動を規制する。
　このような構成によれば、ショルダ９０の先端面と攪拌ピン５０との相対移動が可能となり、第二弾性部材９９によってショルダ９０の荷重制御が可能となる。したがって、ショルダ９０の荷重制御の精度をより一層高めることができる。さらに、本変形例のショルダ９０では、図示しない保持部が第一部材９１の外周面に固定されており、保持部によってショルダ９０及び第二部材９２を無回転状態に保持するようになっていてもよい。
　また、本実施形態に係る回転ツール１Ｂは、第一部材９１に対して第二部材９２の基端側への移動を規制する第二規制部材１１０を備えている。より詳しくは、被接合部材２によって第二部材９２を介して第二弾性部材９９が押された際に、第二弾性部材９９のたわみ量が最大たわみ量に達するまでに、第二規制部材１１０が第一部材９１の中間端面９１ａに当接する。これにより、発生反力（荷重）が最大となる回転ツール１Ｂ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、第二弾性部材９９に生じる変形量が、第二弾性部材９９の最大たわみ量を超えない範囲で、第二規制部材１１０によって第二部材９２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、第二弾性部材９９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に対してショルダ９０で押圧することができ、かつ、回転ツール１Ｂの破損を防ぐことができる。
　また、第二規制部材１１０によって規制される第二部材９２（ショルダ９０）が第二規制部材１１０によって支持された状態（第二規制部材１１０が第一部材９１と第二部材９２とに当接し挟持された状態）で第二部材９２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、第二規制部材１１０を介して第二部材９２に加えられることで、被接合部材２を第二部材９２で押圧することができる。
　その後、定常状態では、発生反力（荷重）が軽減され、第二規制部材１１０による第二部材９２の支持が解除されて、第二規制部材１１０により規制されなくなった第二部材９２は軸方向への移動を行うことができるようになる。
　このとき、第二部材９２が第二弾性部材９９によって先端側に向けて付勢されていることによって、被接合部材２が第二部材９２に押圧される。つまり、被接合部材２や接合態様といった接合条件を考慮して、第二弾性部材９９を設定することで、第二部材９２を所望の応力で押圧させる、第二弾性部材９９を用いた疑似的な荷重制御を行うことができる。
　また、回転ツール１Ｂの大型化を防ぐために、第二弾性部材９９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、第二弾性部材９９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、第二弾性部材９９によって第二部材９２が影響を受けやすくなるため、定常状態において第二部材９２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、第二弾性部材９９のばね定数を大きくしなくても、第二規制部材１１０が第二部材９２の移動を規制するため、第二規制部材１１０を介して第二部材９２に力を伝えることができる。これにより、比較的硬い被接合部材２にも第二部材９２を押圧することができる。また、第二規制部材１１０を設ける分、第二弾性部材９９のばね定数を大きくしなくてよいため、第二弾性部材９９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、第二部材９２を安定して制御することができる。
　なお、第二変形例については前記した構成に限定されるものではなく、適宜変更が可能である。例えば、第二変形例では、第二規制部材１１０を第二部材９２に設けたが、第二規制部材１１０を第一部材９１の中間端面９１ａに設けてもよい。第二弾性部材９９が最大たわみ量に達するまでに、第二規制部材１１０と、第二部材９２の基端部９２ｂとが当接することで、第二弾性部材９９が最大たわみ量を超えて変形するのを防ぐことができる。また、第二規制部材１１０をリング状とし、第一部材９１と第二部材９２の間に遊嵌させてもよい。
　また、第二変形例では、第二規制部材１１０を第二部材９２に設けたが、第二規制部材１１０を第二部材９２の中空部９５の底部９５ａに設けてもよい。第二弾性部材９９が最大たわみ量に達するまでに、第二規制部材１１０と、突出部９４とが当接することで、第二弾性部材９９が最大たわみ量を超えて変形するのを防ぐことができる。
　また、第二変形例では、第二規制部材１１０を第二部材９２に設けたが、第二規制部材１１０を突出部９４の端部（下端部）に設けてもよい。第二弾性部材９９が最大たわみ量に達するまでに、第二規制部１１０と中空部９５の底部９５ａとが当接することで、第二弾性部材９９が最大たわみ量を超えて変形するのを防ぐことができる。
　また、第二変形例では、第二規制部材１１０を第二部材９２に設けたが、第二規制部材１１０を突出部９４の先端側の外周面に設けてもよい。また、第二部材９２の内周面に第二規制部材１１０の軸方向の移動を許容する溝部を設けてもよい。第二弾性部材９９が最大たわみ量に達するまでに、第二規制部１１０と溝部の溝壁とが当接することで、第二弾性部材９９が最大たわみ量を超えて変形するのを防ぐことができる。なお、キー溝９７とキー９６とによって、第二部材９２の溝部と第二弾性部材９９とを実現してもよい。
　また、第二変形例では、第二規制部材１１０を第二部材９２に設けたが、第二規制部材１１０を突出部９４の基端側の外周面（側面部）に設けてもよい。第二弾性部材９９が最大たわみ量に達するまでに、第二規制部１１０と第二部材９２の基端部９２ｂとが当接することで、第二弾性部材９９が最大たわみ量を超えて変形するのを防ぐことができる。
［４．第二実施形態］
　次に、図９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、攪拌ピン５０、第一弾性部材５１、及び第一規制部材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。
　本実施形態に係る第一規制部材（第一基端側固定規制部材）１００Ｃは、ホルダ２１の底部２２ａに固定されて設けられている。つまり、第一規制部材１００Ｃの基端部１００Ｃｂと底部２２ａとが常に接続されている。具体的な図示は省略するが、図２を参照するように、第一弾性部材５１が最大たわみ量に達するまでに、第一規制部材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５０（アセンブリ７０）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、第一規制部材１００Ｃがホルダ２１の底部２２ａ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第一弾性部材５１とが接触することを避けることができる。また、第一規制部材１００Ｃを定位置に固定することができるため、第一規制部材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１０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、攪拌ピン５０、第一弾性部材５１、及び第一規制部材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。
　本実施形態に係る第一規制部材（第一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、第一規制部材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。具体的な図示は省略するが、図２を参照するように、第一弾性部材５１が最大たわみ量に達するまでに、第一規制部材１００Ｄの基端部１００Ｄｂとホルダ２１の底部２２ａとが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５０（アセンブリ７０）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、第一規制部材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第一弾性部材５１とが接触することを避けることができる。また、第一規制部材１００Ｄを定位置に固定することができるため、第一規制部材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１１及び図１２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、攪拌ピン５０、第一弾性部材５１、及び第一規制部材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。
　本実施形態に係る第一規制部材（第一中間規制部材）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。第一規制部材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。特には、第一規制部材１００Ｅは、スライド軸３１の軸方向基端側の外周面に設けられている。第一規制部材１００Ｅは単数でもよいし複数個形成されていてもよい。第一規制部材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１２に示すように、第一弾性部材５１が最大たわみ量に達するまでに、第一規制部材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５０（アセンブリ７０）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、当該中間部と第一規制部材１００Ｅとを当接させてもよい。また、貫通孔Ｍではなく溝部を設け、当該溝部内で第一規制部材１００Ｅが移動するようにしてもよい。また、キー溝２３とキー３２とによって、貫通孔Ｍと第一規制部材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、第一規制部材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第一弾性部材５１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第一規制部材１００Ｅによって、アセンブリ７０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１３及び図１４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、攪拌ピン５０、第一弾性部材５１、及び第一規制部材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。
　本実施形態に係る第一規制部材（第一先端側規制部材）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、第一規制部材１００Ｆは、スライド軸３１の先端側の外周面に設けられている。第一規制部材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。第一規制部材１００Ｆは単数でもよいし複数個形成されていてもよい。図１４に示すように、第一弾性部材５１が最大たわみ量に達するまでに、第一規制部材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５０（アセンブリ７０）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、第一規制部材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第一弾性部材５１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第一規制部材１００Ｆによって、アセンブリ７０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と第一規制部材１００Ｅを実現して、第一規制部材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、第一規制部材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１５及び図１６を参照しながら、第五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、攪拌ピン５０、第一弾性部材５１、及び第一規制部材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。
　本実施形態に係る第一規制部材（第一先端面規制部材）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。第一規制部材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。第一規制部材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。第一規制部材１００Ｇは単数でもよいし複数個形成されていてもよい。図１６に示すように、第一弾性部材５１が最大たわみ量に達するまでに、第一規制部材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５０（アセンブリ７０）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、第一規制部材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第一弾性部材５１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第一規制部材１００Ｇによって、アセンブリ７０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と第一規制部材１００Ｅを実現して、第一規制部材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、第一規制部材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１７及び図１８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、攪拌ピン５０、及び第一弾性部材５１を備えている。基本的な構成は、前記した実施形態と同じであるため、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ピン５０は、先端部５２と、鍔部５３とで構成されている。鍔部５３は、先端部５２よりも大径になっている。また、鍔部５３の外径は、スライド軸３１の内径よりも大きくなっている。また、鍔部５３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。図１８に示すように、第一弾性部材５１が最大たわみ量に達するまでに、攪拌ピン５０の鍔部５３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５０（アセンブリ７０）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、攪拌ピン５０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、攪拌ピン５０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第一弾性部材５１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、攪拌ピン５０によって、攪拌ピン５０それ自体及びアセンブリ７０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、回転ツール１が、ショルダ６０に固定される保持部８０を備え、この保持部が接合装置に接続されてショルダ６０を無回転状態に保持する場合を例示したがこれに限定されるものではない。接合装置３が第二保持部として、接合装置３の固定系に固定されるロッド状のアーム部材を備え、この第二保持部が回転ツール１のショルダ６０に接続されてショルダ６０を無回転状態に保持するものであってもよい。この第二保持部は、接合装置３に含まれている。また、回転ツール１が保持部８０として、ショルダ６０に固定されるロッド状のアーム部材を備えるとともに、接合装置３が第二保持部として、接合装置３の固定系に固定されるロッド状のアーム部材を備え、両保持部が互いに接続されることで、ショルダ６０を無回転状態に保持するものであってもよい。この保持部は、回転ツール１、及び接合装置３に含まれている。このように、回転ツール１に含まれる保持部と、接合装置３に含まれて、回転ツール１に含む保持部と共同して動作する第二保持部とを同時に設けてもよい。以上のように、接合装置３がショルダ６０を無回転状態に保持する第二保持部を備えることで、ショルダ６０を無回転状態に保持しやすくなり、摩擦攪拌接合後の被接合部材２の表面の仕上がりがより一層良好になる。
　また、前記実施形態では、第一弾性部材５１は、スライド軸３１と収納凹部２２の底部２２ａとの間に配置されているが、アセンブリ７０を先端側に付勢する位置であればどこに配置しても良い。また、第一弾性部材５１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、第一弾性部材５１はスライド軸３１の外周であってホルダ２１１と鍔部５３との間に配置してもよい。このような場合には、第一弾性部材５１がスライド軸３１と攪拌ピン５０との中間部付近に位置するとともに、第一弾性部材５１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、第一弾性部材５１がアセンブリ７０を先端側に向けて安定に付勢する。したがって、攪拌ピン５０及びショルダ６０の荷重制御の精度を高めることができる。
　また、前記第二変形例では、攪拌ピン５０の先端部５２が第二部材９２の先端部（先端面）９２ａよりも下方に突出している場合を例示したが、これに限定されるものではない。回転ツール１Ｂは、被接合部材２と接触していない状態で、第二部材９２の先端部９２ａが攪拌ピン５０の先端部５２よりも下方に突出していてもよい。これにより、回転ツール１Ｂを被接合部材２から引き抜く際に、回転ツール１Ｂを被接合部材２から遠ざけていくと、第二部材９２が被接合部材２を押圧した状態で、第二部材９２よりも先に攪拌ピン５０が被接合部材２から離脱する。このとき、第二部材９２が被接合部材２を押圧する状態を保ちながら、攪拌ピン５０を引き抜くことによって、攪拌ピン５０の挿入によって流動して溢れ出した金属材料を第二部材９２が押さえ付けることができる。したがって、攪拌ピン５０を抜く際に生じる抜き穴を、第二部材９２が押さえ付けた金属材料によって埋めやすくなる。特には、摩擦攪拌接合時に回転ツール１Ｂを挿入した位置で接合を行い、挿入位置から移動させずに引き抜く、スポットでの摩擦攪拌を行う場合に抜き穴の形成を防ぎやすくなる。
　また、前記実施形態では、第一規制部材１００が円柱状であって、第一規制部材１００が第一弾性部材５１の中空部に配置されている場合を例示して説明した。第一規制部材は、内径が第一弾性部材５１の外径よりも大きい筒状であってもよい。この場合、第一規制部材の内側に第一弾性部材５１が配置されて、第一規制部材が第一弾性部材５１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　　攪拌ピン
　５１　　第一弾性部材
　６０　　ショルダ
　６１　　中空部
　６３　　ベアリング
　６５　　ショルダ
　７０　　アセンブリ
　８０，８５　　保持部
　９０　　ショルダ
　９９　　第二弾性部材
　１００　第一規制部材
　１１０　第二規制部材

Claims (12)

  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、
    　前記本体部からの回転力を受けて回転可能に、且つ前記回転軸の軸方向に対して移動可能に前記本体部に配設され、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、及び
    　前記攪拌ピンとは別体に構成され、前記本体部からの回転力を受けず、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、前記被接合部材に接触した状態で前記被接合部材を押圧するショルダ、を備え、
    　前記攪拌ピンと前記ショルダは、相対回転可能であるとともに一体的に前記回転軸の軸方向に対して移動するように取り付けられてアセンブリを構成し、
    　前記回転軸の軸方向に対して、前記アセンブリを前記攪拌ピンの先端側に向けて付勢する第一弾性部材、及び
    　前記アセンブリ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第一規制部材、をさらに備え、
    　前記第一規制部材は、前記アセンブリの移動に伴って前記第一弾性部材に生じる変形量が、前記第一弾性部材の最大許容量を超えないように、前記アセンブリの移動を規制する、
    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、
    　前記アセンブリは、前記スライド軸の先端に設けられ、
    　前記スライド軸は、前記第一弾性部材を介して前記アセンブリの先端側に向けて付勢されており、
    　前記第一規制部材は、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. 　前記回転軸の軸方向に対して前記ショルダを前記攪拌ピンの先端側に向けて付勢する第二弾性部材、及び
    　前記ショルダ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第二規制部材、をさらに備え、
    　前記第二規制部材は、前記ショルダの移動に伴って前記第二弾性部材に生じる変形量が、前記第二弾性部材の最大許容量を超えないように、前記ショルダの移動を規制する、
    請求項１に記載の回転ツール。
  4. 　前記第一規制部材は、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第一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. 　前記第一規制部材は、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第一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. 　前記第一規制部材は、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第一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。
  7. 　前記第一規制部材は、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、前記第一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。
  8. 　前記第一規制部材は、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、前記第一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. 　前記第一規制部材は、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、前記第一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。
  10. 　前記攪拌ピンが、前記第一規制部材であり、
    　前記スライド軸の移動に伴い、前記攪拌ピン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。
  11. 　請求項１乃至請求項１０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。
  12. 　請求項１乃至請求項１０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。
PCT/JP2022/037074 2021-11-05 2022-10-04 回転ツール、接合装置及び接合方法 WO2023079889A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202280071306.9A CN118159382A (zh) 2021-11-05 2022-10-04 旋转工具、接合装置以及接合方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021181165A JP2023069371A (ja) 2021-11-05 2021-11-05 回転ツール、接合装置及び接合方法
JP2021-181165 2021-11-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023079889A1 true WO2023079889A1 (ja) 2023-05-11

Family

ID=86241454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/037074 WO2023079889A1 (ja) 2021-11-05 2022-10-04 回転ツール、接合装置及び接合方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP2023069371A (ja)
CN (1) CN118159382A (ja)
TW (1) TW202327770A (ja)
WO (1) WO2023079889A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003260572A (ja) * 2002-03-07 2003-09-16 Hitachi Ltd 摩擦攪拌接合方法およびその工具
JP2012196681A (ja) 2011-03-18 2012-10-18 Kawasaki Heavy Ind Ltd 摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法
US8757468B1 (en) * 2004-11-17 2014-06-24 The Boeing Company Counter-rotating spindle for friction stir welding
CN108971743A (zh) * 2018-10-16 2018-12-11 江苏科技大学 一种可消除匙孔的搅拌针针长自适应搅拌摩擦焊接方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003260572A (ja) * 2002-03-07 2003-09-16 Hitachi Ltd 摩擦攪拌接合方法およびその工具
US8757468B1 (en) * 2004-11-17 2014-06-24 The Boeing Company Counter-rotating spindle for friction stir welding
JP2012196681A (ja) 2011-03-18 2012-10-18 Kawasaki Heavy Ind Ltd 摩擦攪拌点接合装置および摩擦攪拌点接合方法
CN108971743A (zh) * 2018-10-16 2018-12-11 江苏科技大学 一种可消除匙孔的搅拌针针长自适应搅拌摩擦焊接方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023069371A (ja) 2023-05-18
CN118159382A (zh) 2024-06-07
TW202327770A (zh) 2023-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5971595B2 (ja) パンチ装置
WO2023079889A1 (ja) 回転ツール、接合装置及び接合方法
KR100729082B1 (ko) 스터드 용접건의 리프팅 모듈
EP4245454A1 (en) Rotary tool, joining device, and joining method
WO2023079890A1 (ja) 回転ツール、接合装置及び接合方法
WO2023079888A1 (ja) 回転ツール、接合装置及び接合方法
JP3227306B2 (ja) クラッチ押圧組立体
JP7487651B2 (ja) 回転ツール、接合装置および接合方法
EP4245455A1 (en) Rotating tool, bonding device, and bonding method
US10252338B2 (en) Method of manufacturing sintering diffusion joining member and manufacturing apparatus of the same
JP2004053024A (ja) 流体動圧軸受およびスラストプレートの取付方法
WO2012165478A1 (ja) 組み立て連結具
JP4941419B2 (ja) 鍛造装置
JP2018524177A (ja) フロー成形リベットスリーブを使用して少なくとも２つの部品を接合するための方法及び接合要素
JPH10286727A (ja) ゴム輪挿入装置
JP3662740B2 (ja) ピストンピンクリップ装着装置
JPWO2011118002A1 (ja) ハトメ取付装置及びハトメ取付方法
CN219126679U (zh) 手术工具的引导器、引导器组件及手术工具组件
WO2017170228A1 (ja) レンズ固定方法、熱カシメ用工具、およびレンズ固定装置
KR200433701Y1 (ko) 스터드 용접건의 리프팅 모듈
JP2006123016A (ja) 位置決めクランプ装置
US8745844B2 (en) Head assembly attaching method, cylindrical jig, and caulking ball
CN110153295A (zh) 用于接合工具的凹模
JP2009068601A (ja) 動力伝達装置
JP2018001200A (ja) ピストンプレートの製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22889713

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022889713

Country of ref document: EP

Effective date: 20240603