WO2023079890A1 - 回転ツール、接合装置及び接合方法 - Google Patents

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WO2023079890A1
WO2023079890A1 PCT/JP2022/037100 JP2022037100W WO2023079890A1 WO 2023079890 A1 WO2023079890 A1 WO 2023079890A1 JP 2022037100 W JP2022037100 W JP 2022037100W WO 2023079890 A1 WO2023079890 A1 WO 2023079890A1
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WO
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slide shaft
welded
rotary tool
stirring
holder
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/037100
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.)
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    • 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 force, and a stirring pin inserted into the member to be welded to frictionally stir the member to be welded.
  • a stirring member provided on the main body so as to be movable in the axial direction of the rotating shaft; an elastic member that biases the stirring member toward the distal end side in the axial direction of the rotating shaft; a regulating member for regulating movement of the stirring member toward the base end side in the axial direction of the rotating shaft, wherein the regulating member is configured such that the amount of deformation of the elastic member caused by movement of the stirring member is controlled by the elastic member. regulating the movement of the stirring member so as not to exceed the maximum allowable amount of the member; It is characterized by
  • 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 stirring member is provided at the tip of the slide shaft, the slide shaft is urged toward the tip of the stirring member via the elastic member, and the regulating member is attached to the slide shaft. is preferably moved to the base end side in the axial direction of the rotating shaft.
  • the regulating member is provided in the holder, and when the slide shaft moves, the proximal end portion of the slide shaft and the base end side bottom portion of the holder come into contact with the regulating member. , the movement of the slide shaft is preferably restricted.
  • the 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 regulating member come into contact with each other, thereby causing the slide shaft to move. movement is preferably restricted.
  • the regulating member is provided at the proximal end portion of the slide shaft, and as the slide shaft moves, the bottom portion of the holder on the proximal end side and the regulating member come into contact with each other, thereby moving the slide shaft. Movement is preferably restricted.
  • the regulating member is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft, and the movement of the slide shaft is regulated by contact between the regulating member and an intermediate portion of the holder as the slide shaft moves. preferably.
  • the regulating member is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft, and the movement of the slide shaft is regulated by contact between the regulating member and the tip portion of the holder as the slide shaft moves. preferably.
  • the regulating member is provided at the tip of the slide shaft, and the movement of the slide shaft is regulated by contact between the regulating member and the tip of the holder as the slide shaft moves. preferably.
  • the stirring member is the regulating member, and movement of the slide shaft is restricted by contact between the stirring member and the tip of the holder as the slide shaft moves.
  • the stirring member is connected to the slide shaft and has a columnar or truncated cone shape, and has a planar or mortar-shaped lower end surface, and further includes a shoulder with which the lower end surface abuts against the member to be welded. and the agitation pin depends from the lower end surface of the shoulder.
  • the stirring member further has a columnar or frustum-shaped connecting portion connected to the slide shaft, and the stirring pin hangs down from the lower end surface of the connecting portion.
  • the present invention also provides a welding apparatus comprising the rotary tool according to any one of claims 1 to 11, comprising a 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. and inserting the stir pin into the member to be welded to perform friction stir welding on the member to be welded.
  • the rotating tool is the rotating tool according to claim 10, wherein the stirring pin and the shoulder that rotates together with the stirring pin are inserted into the member to be welded to perform friction stirring on the member to be welded. Bonding is preferred.
  • the rotating tool is the rotating tool according to claim 11, wherein only the rotating stirring pin is inserted into the member to be welded while the connecting portion is separated from the member to be welded. It is preferable that friction stir welding is performed on the members to be welded.
  • the rotary tool according to any one of claims 1 to 11 is moved to a predetermined height position with respect to the member to be welded, and the rotary tool is moved to the member to be welded.
  • the friction stir welding is performed on the member to be welded by inserting the stir pin.
  • 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 vertical cross-sectional view showing the most contracted state of the rotary tool according to the first embodiment; It is a plane sectional view showing a rotation tool concerning a 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 a state of the rotary tool according to the first embodiment during friction stir welding; 4 is a graph showing time and generated reaction force during friction stir welding of the rotating tool according to the first embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the most contracted state of the rotary tool according to the second embodiment. It is a schematic diagram which shows the rotating tool which concerns on 3rd embodiment of this invention.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing the most contracted state of the rotary tool according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a rotating tool according to a sixth embodiment of the present invention; FIG. 11 is a schematic diagram showing the most contracted state of the rotary tool according to the sixth embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing a rotating tool according to a seventh embodiment of the present invention; FIG. 11 is a schematic diagram showing the most contracted state of the rotary tool according to the seventh embodiment.
  • FIGS. 1 and 2 a rotary tool 1 according to this embodiment is used in a welding apparatus 3 that performs friction stir welding of members 2 to be welded (see FIG. 6). It is inserted while rotating into the abutting part of the
  • the rotating tool 1 includes a main body 10 , a stirring member 50 , an elastic member 70 and a regulating member 100 .
  • 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 can be detachably fixed to the bonding apparatus 3 by cooperating with a pair of chuck mechanisms provided in the bonding apparatus 3 . 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 joining device 3 to the stirring member 50 and is connected to the rotary shaft (not shown) of the joining device 3 via the fixing portion 11
  • the body portion 10 further includes a holder 21 and a slide shaft 31. As shown in FIGS. 3 to 5, the body portion 10 further includes a holder 21 and a slide shaft 31. As shown in FIGS. 3 to 5, the body portion 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 member 50 .
  • the holder 21 has a bottomed cylindrical shape (hollow cylinder shape) having a bottom portion 24 at a base end portion (end portion on the side of the joining device 3: upper end portion in FIG. 1). is inserted into the storage recess 22 .
  • the housing recess 22 has a cylindrical shape, and is open at the tip side (lower end in FIG. 1) of the rotating shaft 12 in the axial direction.
  • 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. 1), and penetrates from the outer peripheral surface to the inner peripheral surface of the holder 21 .
  • 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 the housing recess 22 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 and 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 member 50 is integrally provided at the tip of the slide shaft 31 (the end on the side away from the bonding device 3: the lower end in FIG. 1). Therefore, the stirring member 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 elastic member 70 .
  • the stirring member 50 is a part that is rotatably provided by receiving a rotational force from the main body 10 and is provided on the main body 10 so as to be movable in the axial direction of the rotating shaft 12 .
  • the stirring member 50 has a stirring pin 51 and a shoulder 61 .
  • the stirring member 50 is made of tool steel, for example.
  • the stirring pin 51 and the shoulder 61 are integrally formed to form a conventional stirring member 50 .
  • the stirring member 50 is integrally formed with the slide shaft 31 . Therefore, the stirring member 50 rotates synchronously with the slide shaft 31 and moves in the axial direction of the rotary shaft 12 as the slide shaft 31 slides.
  • the agitation pin 51 is a portion that is inserted into the members to be welded while rotating to perform frictional agitation on the members to be welded.
  • a tip portion 52 (lower end portion in FIG. 1) of the stirring pin 51 tapers toward the tip.
  • the distal end portion 52 of the stirring pin has a flat surface perpendicular to the axial direction.
  • a shoulder 61 is formed integrally with the base end of the stirring pin 51 .
  • a spiral groove may be provided on the outer peripheral surface of the stirring pin 51 .
  • the shoulder 61 is a portion that presses the member to be joined 2 while the lower end face is in contact with the member to be joined 2 .
  • the shoulder 61 is formed in a columnar shape expanding in diameter from the base end of the stirring pin 51, and has a flat ring-shaped tip surface (lower end surface). That is, the tip portion 52 of the stirring pin 51 protrudes from the tip surface of the shoulder 61 toward the tip side. In other words, the stirring pin 51 hangs down from the lower end surface of the shoulder 61 .
  • the shape of the shoulder 61 is not limited to a cylindrical shape, and may be a truncated cone shape. Moreover, the lower end surface of the shoulder 61 may be flat or mortar-shaped.
  • the lower end surface of the shoulder 61 may have an uneven structure.
  • a proximal end portion of the shoulder 61 is integrally connected to the slide shaft 31 .
  • the shoulder 61 has a larger diameter than the slide shaft 31, and a ring-shaped stepped portion in a plan view is formed at a connection portion between the shoulder 61 and the slide shaft 31 (base end portion of the shoulder 61 on the side of the slide shaft 31). It is
  • the elastic member 70 is a portion that biases the stirring member 50 including the stirring pin 51 and the shoulder 61 toward the distal end side in the axial direction of the rotating shaft 12 .
  • the elastic member 70 is composed of, for example, a coil spring.
  • the elastic member 70 is accommodated inside the holder 21 and mounted between the base end portion 31b of the slide shaft 31 and the bottom portion 24 on the base end side of the holder 21 .
  • the elastic member 70 can urge the stirring member 50 toward the distal end side against the force received from the stirring member 50 side.
  • the elasticity of the elastic member 70 is determined when the stirring pin 51 is inserted with a predetermined pressing load into the member 2 to be welded, which is made of at least one material selected from the group consisting of aluminum, copper, magnesium, and alloys thereof. Second, the stirring pin 51 is set to be displaced and inserted into the member 2 to be welded within a predetermined range within the entire movable range of the stirring pin 51 .
  • the elastic member 70 is a coil spring and the load applied to the elastic member 70 is 100 kg to 5 tons, the amount of deflection of the elastic member 70 is 0 to 30 relative to the free length of the elastic member 70. %, the stirring pin 51 and the shoulder 61 are set to be inserted into the member 2 to be welded. As a result, when the stirring pin 51 is pushed into the member to be welded 2 at a constant height, even if the height of the member to be welded 2 changes, the elastic member 70 can be adjusted in accordance with the change in the member to be welded 2 . is deformed, it becomes easier to keep the insertion amount of the stirring pin 51 constant.
  • the elastic member 70 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. good. Furthermore, the elastic member 70 may be a fluid spring using air pressure, gas pressure, or hydraulic pressure, or a magnetic spring using magnetic force or electromagnetic force.
  • the elastic member 70 should be set so as to satisfy the relationship between the amount of deformation when the stirring pin 51 is inserted to a predetermined depth and the elastic modulus, taking into consideration the joining conditions. Also, the elastic member 70 may be set in consideration of the joining conditions so that the shoulder 61 contacts the surface of the member 2 to be joined and the relationship between the amount of deformation slightly inserted and the elastic modulus is satisfied.
  • the welding conditions that affect the setting of the elastic member 70 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 51, the contact state of the shoulder 61, and the rotating tool. 1 shape, rotational speed, and moving speed.
  • the restricting member (loose fit restricting member) 100 is a member that restricts the stirring member 50 from moving to the base end side of the rotating shaft 12 beyond a predetermined range, as shown in FIG. 1 and the like.
  • the restricting member 100 is loosely fitted in the hollow portion of the elastic member 70 inside the holder 21 .
  • the regulating 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 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 regulating member 100 regulates the movement of the stirring member 50 so that the amount of deformation of the elastic member 70 caused by the movement of the stirring member 50 does not exceed the maximum deflection amount (maximum allowable amount) of the elastic member 70 .
  • the maximum amount of deflection of the elastic member 70 is set when the elastic member 70 is deformed by 30% of its free length.
  • the maximum amount of deflection means the most compressed amount when elastic force of the elastic member 70 is exhibited. If the maximum amount of deflection is exceeded, the elastic force of the elastic member 70 may not be exerted according to performance, or the elastic member 70 may be damaged earlier than expected.
  • the regulating member 100 is configured such that when the amount of deflection of the elastic member 70 is 30% of the free length of the elastic member 70, the distal end portion of the regulating member 100 (tip The base end portion (base end face) 100b contacts the bottom portion 24 while the base end portion 31b of the slide shaft 31 abuts on the base end portion 100a of the slide shaft 31 . Thereby, it is possible to prevent the elastic member 70 from being deformed beyond the maximum amount of deflection.
  • the maximum deflection amount of the elastic member 70 can be appropriately set according to the elastic member 70 and the regulating member 100 .
  • the maximum deflection amount of the elastic member 70 may be, for example, 25%, 20%, 15%, 10%, or 5%.
  • the "maximum amount of deflection" is used. Also, as described above, for example, when other members (fluid springs using air pressure, gas pressure, or hydraulic pressure, or magnetic springs using magnetic force or electromagnetic force) are used as elastic members, if the amount exceeds , the amount at which elastic force is not developed or the elastic member is damaged is defined as the "maximum allowable amount”.
  • the restricting member 100 is a solid such as metal, and restricts the movement of the stirring member 50 by bringing it into contact.
  • the movement of the stirring member 50 may be restricted in a non-contact manner by a magnetic spring that uses force.
  • the shape and arrangement of the restricting member 100 are not limited as long as it restricts the movement of the stirring member 50 .
  • the regulation member 100 may be one in which a part of the body portion 10 and the stirring member 50 functions as the regulation member 100, and the regulation member 100 is formed integrally with the body portion 10 and the stirring member 50
  • the restricting member 100 may be provided by attaching a separate member to the main body 10 and the stirring member 50 .
  • 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 stirring pin 51 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 elastic member 70 is compressed, so that the elastic force of the elastic member 70 for urging the stirring member 50 toward the member to be welded 2 is strengthened, and the stirring pin 51 is moved. is inserted into the member 2 to be joined.
  • the shoulder 61 comes into contact with the member 2 to be joined.
  • the shoulder 61 is pressed against the welded member 2 while the elastic force of the elastic member 70 urging the stirring member 50 toward the welded member 2 is strengthened.
  • the agitating pin 51 is inserted into the welded member 2 and the shoulder 61 is covered while leaving a surplus force due to the deformation of the elastic member 70 so that the deflection amount of the elastic member 70 does not exceed the maximum deflection amount.
  • the elastic member 70 and the joining conditions are set so that it can be slightly inserted into the joining member 2 .
  • the stirring member 50 is pressed against the members 2 to be welded.
  • a pin 51 is inserted into the joined member 2 .
  • the stirring pin 51 and the shoulder 61 are urged toward the distal end side by the elastic member 70.
  • the tip portion 52 of the stirring pin 51 is inserted into the member to be welded 2 to a desired depth. be.
  • the shoulder 61 is slightly inserted into the member 2 to be joined while being in contact with the member 2 to be joined.
  • the height of the member to be welded 2 becomes slightly higher than the set value due to an error during friction stir welding will be described.
  • the elastic member 70 does not exist and the agitating pin 51 is pushed into the member to be welded 2 as it is, the height of the member to be welded 2 is less than the case where there is no error with respect to the set value.
  • the amount of insertion of the stirring pin 51 and the shoulder 61 increases as the height of the member 2 to be welded increases.
  • the height of the members 2 to be welded is increased, so that the stirring member 50 receives an upward reaction force from the members 2 to be welded.
  • the elastic member 70 is compressed by this push-up, and the stirring member 50 receives downward elastic force from the elastic member 70 and is pushed down.
  • the position of the stirring member 50 is changed to a position 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 elastic member 70 is set so that the amount of insertion of the stirring pin 51 and the shoulder 61 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. ing.
  • the rotating tool 1 allows the stirring pin 51 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 and the shoulder 61 is slightly inserted into the member 2 to be joined.
  • the elastic member 70 expands and the stirring member 50 descends as shown on the right side in 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.
  • the elastic member 70 is set so that the pin 51 is inserted into the member 2 to be joined and the shoulder 61 is slightly inserted into the member 2 to be joined.
  • the stirring pin 51 and the shoulder 61 are inserted into the member to be welded 2 at a constant depth by the action of the elastic member 70, so that the plasticized region is at a constant depth. It is formed. Therefore, stable bonding quality can be obtained.
  • the stirring member 50 provided movably in the axial direction of the rotating shaft 12 is biased toward the distal end side by the elastic member 70.
  • the stirring pin 51 is inserted to a predetermined depth according to the elasticity of the elastic member 70 while the stirring pin 51 is being inserted into the member 2 to be welded.
  • the stirring pin 51 can be inserted to a desired depth. That is, the rotary tool 1 can perform pseudo load control using the elastic member 70 .
  • 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 member 50 is determined. becomes approximately constant.
  • the elastic member 70 is appropriately adjusted according to the change in the height of the member 2 to be welded. As it expands and contracts, the stirring member 50 moves in the axial direction. In this way, by utilizing the elasticity of the elastic member 70, it is possible to control the load by controlling the insertion depth of the stirring pin 51 into the member 2 to be welded.
  • a stirring pin when friction stirring is performed using, for example, a compression coil spring as an elastic member, a stirring pin could be inserted into a relatively soft aluminum alloy of the 1000 series, but a hard aluminum alloy There was a case in which the agitation pin could not be inserted.
  • FIG. 7 is a graph showing 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 51 is pushed into the member to be welded 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 51 is being 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 restricting member 100 that restricts the axial movement of the stirring member 50 toward the proximal end side.
  • a restricting member 100 that restricts the axial movement of the stirring member 50 toward the proximal end side.
  • the stirring member 50 regulated by the regulating member 100 is supported by the regulating member 100 (a state in which the regulating member 100 abuts and is sandwiched between the slide shaft 31 and the bottom portion 24), the stirring member 50 is moved to the welded member 2. , and the load applied by the joining device is applied to the stirring member 50 via the regulating member 100 , so that the stirring member 50 can be inserted into the members 2 to be joined.
  • the outer diameter and free length of the elastic member 70 are as small (short) as possible.
  • the shorter the free length of the elastic member 70 the greater the spring constant, so that it can be easily inserted into the relatively hard member 2 to be joined.
  • increasing the spring constant tends to increase the generated reaction force (load) with respect to the amount of change, resulting in lower robustness. That is, when the spring constant is increased, the agitation pin 51 is more likely to be affected by the elastic member 70, so there is a problem that the operation of the agitation pin 51 is unstable (difficult to control) in a steady state.
  • the regulation member 100 regulates the movement of the slide shaft 31 without increasing the spring constant of the elastic member 70 , so stress is applied to the stirring member 50 via the regulation member 100 . be able to. As a result, the stirring member 50 can be inserted even into the member 2 to be welded which is relatively hard.
  • the spring constant of the elastic member 70 does not have to be increased by the provision of the regulating member 100, the degree of freedom in designing the elastic member 70 is increased, and the robustness in the steady state can be enhanced. Stable and controllable.
  • 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 direction of the rotation axis and that rotates synchronously with the holder 21. , are provided at the tip of the slide shaft 31 .
  • the stirring member 50 can be slid in the rotation axis direction while transmitting the rotational force from the main body 10 to the stirring member 50 .
  • the elastic member 70 is accommodated inside the holder 21 and arranged between the proximal end portion of the slide shaft 31 and the bottom portion 24 on the proximal end side of the holder 21 .
  • the force that the elastic member 70 receives from the stirring pin 51 side can be received by the bottom portion 24 of the holder 21 . Therefore, even if the slide shaft 31 moves, the elastic member 70 stably urges the stirring pin 51 toward the distal end side, so that the load control accuracy of the stirring pin 51 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 stirring member 50 rotate synchronously with the rotation of the rotary shaft and the holder 21, and allow axial movement in a stable state. Therefore, the operation of the stirring member 50 is further stabilized.
  • the elastic member 70 provides elastic force by at least one selected from solid springs, fluid springs, magnetic forces, and electromagnetic forces. With such a configuration, it is easy to adjust the elasticity of the elastic member 70 .
  • the stirring member 50 is connected to the slide shaft 31 , has a columnar or frustum shape, and has a flat or mortar-shaped lower end surface, and is provided with a shoulder 61 whose lower end surface abuts the member 2 to be welded. . Furthermore, the stirring pin 51 hangs down from the lower end surface of the shoulder 61 . According to such a configuration, by utilizing the elasticity of the elastic member 70, the insertion depth of the stirring pin 51 and the shoulder 61 into the member 2 to be joined can be controlled. Moreover, since the shoulder 61 presses the surface of the member 2 to be welded, the finish of the surface after friction stir welding is improved.
  • 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 members to be welded 2 by the position control means, and the stirring pins 51 are inserted into the members to be welded 2 to perform friction stir welding. According to such a welding apparatus 3, by utilizing the elasticity of the elastic member 70, friction stir welding can be performed while performing load control for controlling the insertion depth of the stir pin 51 into the member 2 to be welded. .
  • the rotary tool 1 is a conventional rotary tool 1 having a stirring pin 51 and a shoulder 61. It inserts and performs friction stir welding with respect to the to-be-welded member 2. As shown in FIG. As a result, the shoulder 61 presses the surface of the member 2 to be welded, so that the surface finish after friction stir welding is improved.
  • the rotating tool 1 is moved to a predetermined height position with respect to the member to be welded 2 , and the stirring pin 51 is inserted into the member to be welded 2 to friction stir the member to be welded 2 .
  • Joining according to this welding method, by utilizing the elasticity of the elastic member 70, friction stir welding can be performed while performing load control for controlling the insertion depth of the stir pin 51 into the member 2 to be welded.
  • the rotary tool 1 is a conventional rotary tool 1 having an agitating pin 51 and a shoulder 61, and the agitating pin 51 and the shoulder 61 rotating together with the agitating pin 51 are attached to the member 2 to be welded. It is a method of inserting and performing friction stir welding. As a result, the shoulder 61 presses the surface of the member 2 to be welded, so that the surface finish after friction stir welding is improved.
  • the welding apparatus 3, and the welding method even when the rotary tool 1 is mounted on a machining center that performs only position control, friction stir while performing load control using the elastic member 70. Joining can be performed. Further, according to the rotary tool 1, the welding apparatus 3, and the welding method, by using the regulating member 100, the elastic member 70 can be prevented from being damaged even when the member to be welded is relatively hard, and the stirring pin can be inserted. , friction stir welding can be performed while performing load control.
  • FIG. 8 and 9 a rotary tool 1A according to the first modification is provided with slide means 80 inside a holder 21.
  • the slide means 80 is provided on the inner peripheral surface of the holder 21 .
  • the slide means 80 is composed of a bearing groove 81 formed in the inner peripheral surface of the holder 21 and a plurality of balls 82, 82, .
  • the bearing groove 81 is formed in an oval shape that is long in the axial direction when viewed from the side.
  • the depth of bearing groove 81 is smaller than the diameter of ball 82 .
  • a plurality of balls 82 are arranged inside the bearing groove 81 .
  • a portion of the ball 82 slides on the outer peripheral surface of the slide shaft 31 and the other portion slides on the inner surface of the bearing groove 81 .
  • Other configurations are the same as those of the above-described embodiment, so the same reference numerals are given and descriptions thereof are omitted. According to the rotating tool 1 ⁇ /b>A having such a configuration, the slide shaft 31 can be smoothly moved in the axial direction with respect to the holder 21 .
  • the stirring member 50 is of a conventional type with a stirring pin 51 and a shoulder 61, but is not limited to this.
  • the stirring member 50a of the second modified example is of a shoulderless type. Since other configurations are the same as those of the above-described embodiment, the same reference numerals are given and description thereof is omitted.
  • the shoulderless stirring member 50 a has a columnar connecting portion 41 connected to the slide shaft 31 and a stirring pin 53 integrally formed at the tip portion 41 a of the connecting portion 41 .
  • the connecting portion 41 has a diameter smaller than that of the slide shaft 31 , and is inserted into a cylindrical recess 31 c provided in the tip portion (tip surface) 31 a of the slide shaft 31 .
  • the stirring member 50 a is fixed to the slide shaft 31 so that the stirring member 50 a is provided at the tip of the slide shaft 31 . Therefore, the stirring member 50 a rotates synchronously with the slide shaft 31 and moves in the axial direction of the rotary shaft 12 as the slide shaft 31 slides.
  • the agitation pin 53 is formed integrally with the tip (tip end surface) 41a of the connecting portion 41 at its base end portion 54, and protrudes (hangs) from the tip portion (bottom end surface) 41a of the connection portion 41 to the tip side. there is Further, the tip portion 55 of the stirring pin 53 is tapered toward the tip from the base end portion 54 side.
  • the diameter of the base end portion 54 of the stirring pin 53 is larger than the diameter of the distal end portion 41 a of the connecting portion 41 and smaller than the diameter of the slide shaft 31 .
  • a spiral groove may be provided on the outer peripheral surface of the stirring pin 51a.
  • the base end portion 54 of the stirring pin 53 and the tip end portion 41a of the connecting portion 41 have different diameters, and the outer peripheral surfaces of the two have a step. and the distal end portion 41a of the connecting portion 41 may have the same diameter, and the outer peripheral surfaces of both may be formed continuously.
  • the base end portion 54 of the stirring pin 53 and the tip end portion 31a of the slide shaft 31 have different diameters, and the outer peripheral surfaces of the two have a step. and the distal end portion 31a of the slide shaft 31 have the same diameter, and the outer peripheral surfaces of both may be formed continuously.
  • the stirring member 50a is provided separately from the slide shaft 31 and the two are connected, but the stirring member 50a and the slide shaft 31 may be integrally formed.
  • the shape of the connecting portion 41 is not limited to a cylindrical shape, and may be a truncated cone shape.
  • the rotating tool 1B according to the present embodiment as with the rotating tool 1 according to the first embodiment, by utilizing the elasticity of the elastic member 70, the depth of insertion of the stirring pin 53 into the member 2 to be welded can be increased. A load control that can be controlled becomes possible. Further, according to the rotary tool 1B having the shoulderless stirring member of the present embodiment, the pressing force of the rotary tool 1B during friction stir welding can be reduced.
  • the position control means controls the rotary tool 1B to be positioned at a predetermined height with respect to the members to be welded. , and only the stir pin 53 is inserted into the member to be welded 2 in a state in which the slide shaft 31 and the connecting portion 41 are separated from the member to be welded, and friction stir welding is performed on the member to be welded 2 .
  • the width of the plasticized region can be reduced compared to the case where the shoulder portion of the rotary tool 1B is pushed, and the pressing force of the rotary tool 1B can be reduced. can.
  • the load applied to the friction stirrer can be reduced as compared with the case where the shoulder portion of the rotary tool 1 is pushed.
  • deep positions of the butt portions can be welded in a state in which a large load is not applied to the friction stir device.
  • the stirring pin 53 integrally formed with the connecting portion 41 and the slide shaft 31 can be easily attached and detached.
  • FIG. A rotary tool 1C according to the second embodiment includes a body portion 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, a stirring member 50a having a connecting portion 41 and a stirring pin 53, an elastic member 70, and a regulating member 100C. . Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment and modification, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
  • a regulating member (base-side fixed regulating member) 100C is fixed to the bottom portion 24 of the holder 21 . That is, the base end portion 100Cb of the regulating member 100C and the bottom portion 24 are always connected. As shown in FIG. 12, the distal end portion 100Ca of the regulating member 100C and the proximal end portion 31b of the slide shaft 31 come into contact with each other before the elastic member 70 reaches the maximum amount of deflection. 50a) can be restricted from moving proximally.
  • This embodiment can also achieve substantially the same effect as the first embodiment. Further, since the regulating member 100C is provided on the bottom portion 24 of the holder 21, the regulating member 100C can move freely inside the holder 21 to prevent the regulating member from coming into contact with the elastic member 70. can be avoided. In addition, since the regulation member 100C can be fixed at a fixed position, the distal end portion 100Ca of the regulation member 100C and the base end portion 31b of the slide shaft 31 can be brought into contact at a fixed position, and the insertion of the rotary tool 1C can be prevented. It is possible to receive the reaction force generated along with this at a predetermined position and perform stable operation.
  • FIG. A rotary tool 1D according to the third embodiment includes a main body 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, a stirring member 50a having a connecting portion 41 and a stirring pin 53, an elastic member 70, and a regulating member 100D. Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment and modification, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
  • a regulating member (fixed regulating member on the distal end side) 100D is fixed to the slide shaft 31 and provided. That is, the distal end portion 100Da of the regulating member 100D and the proximal end portion 31b of the slide shaft 31 are always connected. As shown in FIG. 14, the base end portion 100Db of the regulating member 100D and the bottom portion 24 of the holder 21 are brought into contact with each other before the elastic member 70 reaches the maximum amount of deflection, and the slide shaft 31 and the stirring pin 53 (stirring member 50a) are in contact with each other. 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 regulating member 100D is provided on the slide shaft 31, contact between the regulating member and the elastic member 70 due to movement of the regulating member inside the holder 21 can be avoided. can be done. Further, since the regulating member 100D can be fixed at a fixed position, the base end portion 100Db of the regulating member 100D and the bottom portion 24 of the holder 21 can be brought into contact with each other at a fixed position. The generated reaction force can be received at a predetermined position and stable operation can be performed.
  • FIG. A rotary tool 1E according to the fourth embodiment includes a body portion 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, a stirring member 50a having a connecting portion 41 and a stirring pin 53, an elastic member 70, and a regulating member 100E. . Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment and modification, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
  • a regulating member (intermediate regulating member) 100E is fixed to the outer peripheral surface (side surface portion) of the slide shaft 31 .
  • the restricting member 100E is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft 31 at the center in the axial direction.
  • the regulating member 100E is a plate-like member projecting vertically from the outer peripheral surface of the slide shaft 31 in the radially outer direction.
  • a single regulating member 100E or a plurality of regulating members 100E may be formed.
  • the restricting member 100E 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 regulating member 100E and the hole wall (the intermediate portion of the holder) Ma on the base end side of the through-hole M come into contact with each other, and the slide shaft 31 and the agitation are displaced. Movement of the pin 53 (stirring member 50a) to the proximal end 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 regulating member 100E are brought into contact with each other. good too. Further, the key groove 23 and the key 32 may realize the through hole M and the restricting member 100E.
  • This embodiment can also achieve substantially the same effect as the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, since the restricting member 100E is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft 31, interference with the elastic member 70 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 regulating member 100E provided on the outer peripheral surface can , the movement of the stirring member 50a can be restricted. Therefore, the degree of freedom in design can be increased.
  • FIG. A rotary tool 1F according to the fifth embodiment includes a body portion 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, a stirring member 50a having a connecting portion 41 and stirring pins 51B53, an elastic member 70, and a regulating member 100F. . Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment and modification, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
  • a regulating member (tip-side regulating member) 100F is fixed to the outer peripheral surface (side surface portion) of the slide shaft 31 .
  • the regulating member 100F is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft 31 on the distal end side.
  • the 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 regulation member 100F may be singular or plural in number.
  • the regulating member 100F and the distal end portion 21a of the holder 21 come into contact with each other, and the sliding shaft 31 and the stirring pin 53 (stirring member 50a) are pushed toward the proximal end side. can regulate movement to
  • This embodiment can also achieve substantially the same effect as the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, since the restricting member 100F is provided on the outer peripheral surface of the slide shaft 31, interference with the elastic member 70 accommodated inside the holder 21 can be avoided. Therefore, 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 regulating member 100F provided on the outer peripheral surface can , the movement of the stirring member 50a can be restricted. Therefore, the degree of freedom in design can be increased.
  • FIG. A rotary tool 1G according to the sixth embodiment includes a body portion 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, a stirring member 50a having a connecting portion 41 and a stirring pin 53, an elastic member 70, and a regulating member 100G. . Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment and modification, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
  • a regulating member (tip surface regulating member) 100G is fixed to the tip portion (tip surface) 31a of the slide shaft 31 and provided.
  • the regulating member 100G is a plate-like member projecting perpendicularly from the tip (tip surface) 31a of the slide shaft 31 in the radially outward direction.
  • the restricting member 100 ⁇ /b>G protrudes outward from the outer peripheral surface of the slide shaft 31 .
  • a single regulating member 100G or a plurality of regulating members 100G may be formed. As shown in FIG.
  • the regulating member 100G and the distal end portion 21a of the holder 21 come into contact with each other, and the sliding shaft 31 and the stirring pin 53 (stirring member 50a) are pushed toward the proximal end side. can regulate movement to
  • This embodiment can also achieve substantially the same effect as the first embodiment. Furthermore, according to the present embodiment, by providing the regulating member 100G at the tip of the slide shaft 31, interference with the elastic member 70 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 regulating member 100G provided at the distal end portion of the elastic member cannot be accommodated. , the movement of the stirring member 50a can be restricted. Therefore, the degree of freedom in design can be increased.
  • FIG. A rotary tool 1H according to the seventh embodiment includes a body portion 10 having a holder 21 and a slide shaft 31, a stirring member 50h having a connecting portion 41 and a stirring pin 53h, and an elastic member . Since the basic configuration is the same as that of the above-described embodiment and modification, the same reference numerals are given and the description thereof is omitted.
  • the stirring member 50h according to the present embodiment is a shoulderless stirring member, like the second modification.
  • the outer diameter of the base end portion 54 h of the stirring member 50 h is larger than the outer diameter of the slide shaft 31 .
  • the outer diameter of the base end portion 54h of the stirring member 50h is larger than the inner diameter of the housing recess 22 of the holder 21 .
  • the tip portion 55h of the stirring pin 53h is tapered from the base end portion 54h toward the tip. As shown in FIG.
  • the proximal end portion 54h of the stirring pin 53h and the distal end portion 21a of the holder 21 come into contact with each other before the elastic member 70 reaches the maximum amount of deflection, and the sliding shaft 31 and the proximal end portion of the stirring member 50h are in contact with each other.
  • the stirring member 50h itself serves as a regulating member.
  • the stirring member 50h functions as a regulating member, thereby avoiding interference with the elastic member 70 accommodated inside the holder 21.
  • FIG. Therefore, 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 stirring member 50h can be used as the stirring member 50h. You can control your own movement. 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 elastic member 70 is accommodated inside the holder 21 and arranged between the proximal end portion of the slide shaft 31 and the bottom portion 24 on the proximal end side of the holder 21, but is limited to this. not something.
  • the elastic member 70 may be placed anywhere as long as it urges the stirring member 50 toward the distal end.
  • the arrangement of the restricting member may be changed according to the arrangement of the elastic member 70 .
  • it may be arranged so as to surround the lower portion of the slide shaft.
  • the elastic member 70 is positioned near the intermediate portion between the slide shaft 31 and the stirring member 50, and the elastic member 70 evenly acts on the slide shaft 31 in the circumferential direction.
  • the elastic member 70 stably urges the stirring member 50 toward the distal end side. Therefore, the accuracy of load control of the stirring member 50 can be improved.
  • the upper end of the slide shaft 31 is formed with an elongated portion extending toward the upper end in a columnar shape. You may mount
  • the restricting member 100 has a columnar shape and is disposed in the hollow portion of the elastic member 70
  • the restricting member may have a tubular shape with an inner diameter larger than the outer diameter of the elastic member 70 .
  • the elastic member 70 may be arranged inside the restricting member so that the restricting member covers the outside of the elastic member 70 .

Landscapes

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

Abstract

接合装置に用いられる回転ツール（１）であって、固定部（１１）と回転軸（１２）とを有する本体部（１０）、被接合部材に対する摩擦攪拌を行う攪拌ピン（５１）を有し、回転軸（１２）からの回転力を受けて回転可能に設けられるともに、回転軸（１２）の軸方向に対して移動可能に本体部（１０）に設けられる攪拌部材（５０）、回転軸（１２）の軸方向に対して、攪拌部材（５０）を先端側に向けて付勢する弾性部材（７０）、及び攪拌部材（５０）が回転軸（１２）の軸方向の基端側へ移動することを規制する規制部材（１００）、を備え、規制部材（１００）は、攪拌部材の移動に伴って弾性部材（７０）に生じる変形量が、弾性部材（７０）の最大許容量を超えないように、攪拌部材（５０）の移動を規制する。

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、前記被接合部材に挿入されて前記被接合部材に対する摩擦攪拌を行う攪拌ピンを有し、前記回転軸からの回転力を受けて回転可能に設けられるともに、前記回転軸の軸方向に対して移動可能に前記本体部に設けられる攪拌部材、前記回転軸の軸方向に対して、前記攪拌部材を先端側に向けて付勢する弾性部材、及び前記攪拌部材が前記回転軸の軸方向の基端側へ移動することを規制する規制部材、を備え、前記規制部材は、前記攪拌部材の移動に伴って前記弾性部材に生じる変形量が、前記弾性部材の最大許容量を超えないように、前記攪拌部材の移動を規制する、
ことを特徴とする。
　また、前記本体部は、前記回転軸に取り付けられた中空筒状のホルダと、前記ホルダの中心部に回転軸方向にスライド可能に収容されるとともに前記ホルダと同期回転するスライド軸とをさらに有し、前記攪拌部材は、前記スライド軸の先端に設けられ、前記スライド軸は、前記弾性部材を介して前記攪拌部材の先端側に向けて付勢されており、前記規制部材は、前記スライド軸が前記回転軸の軸方向の基端側へ移動することが好ましい。
　また、前記規制部材は、前記ホルダ内に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記スライド軸の基端部及び前記ホルダの基端側の底部と前記規制部材とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。
　また、前記規制部材は、前記ホルダの基端側の底部に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記スライド軸の基端部と前記規制部材とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。
　また、前記規制部材は、前記スライド軸の基端部に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記ホルダの基端側の底部と前記規制部材とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。
　また、前記規制部材は、前記スライド軸の外周面に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記規制部材と前記ホルダの中間部が接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。
　また、前記規制部材は、前記スライド軸の外周面に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記規制部材と前記ホルダの先端部とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。
　また、前記規制部材は、前記スライド軸の先端部に設けられており、前記スライド軸の移動に伴い、前記規制部材と前記ホルダの先端部とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。
　また、前記攪拌部材が、前記規制部材であり、前記スライド軸の移動に伴い、前記攪拌部材と前記ホルダの先端部とが接触することで、前記スライド軸の移動が規制されることが好ましい。
　また、前記攪拌部材は、前記スライド軸に連結して、柱状又は錐台状を呈するとともに、平面状又はすり鉢状の下端面を有し、前記下端面が前記被接合部材に当接するショルダをさらに有し、前記攪拌ピンは、前記ショルダの前記下端面から垂下していることが好ましい。
　また、前記攪拌部材は、前記スライド軸に連結して、柱状又は錐台状を呈する連結部をさらに有し、前記攪拌ピンは、前記連結部の下端面から垂下していることが好ましい。
　また、本発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転ツールを備える接合装置であって、前記回転ツールの前記回転軸に伝達する回転力を出力する動力手段、及び前記回転ツールの前記固定部を保持して、前記回転ツールの位置制御を行う位置制御手段を備え、前記位置制御手段によって前記回転ツールを前記被接合部材に対して所定の高さ位置となるように移動させて、前記被接合部材に前記攪拌ピンを挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、ことを特徴とする。
　また、前記回転ツールは、請求項１０に記載の回転ツールであって、前記攪拌ピンと、前記攪拌ピンと共に回転する前記ショルダとを、前記被接合部材に挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
　また、前記回転ツールは、請求項１１に記載の回転ツールであって、前記被接合部材に対して前記連結部を離間させた状態で、前記被接合部材に回転する前記攪拌ピンのみを挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行うことが好ましい。
　また、本発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の回転ツールを、前記被接合部材に対して所定の高さ位置となるように移動させて、前記被接合部材に前記攪拌ピンを挿入して、前記被接合部材に対する摩擦攪拌接合を行う、ことを特徴とする。
　本発明に係る回転ツール、接合装置及び接合方法によれば、弾性部材を利用した荷重制御を行うことができる。また、本発明に係る回転ツール、接合装置及び接合方法によれば、比較的硬い被接合部材に対しても、弾性部材を利用しながら攪拌ピンを挿入することができる。
本発明の第一実施形態に係る回転ツールを示す一部断面側面図である。 第一実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す縦断面図である。 第一実施形態に係る回転ツールを示す平断面図である。 第一実施形態に係る回転ツールを示す斜視図である。 第一実施形態に係る回転ツールを示す分解斜視図である。 第一実施形態に係る回転ツールの摩擦攪拌接合時の状態を示す断面図である。 第一実施形態に係る回転ツールの摩擦攪拌接合時の時間と発生反力を示すグラフである。 本発明の第一実施形態の第一変形例に係る回転ツールを示す一部破断斜視図である。 本発明の第一実施形態の第二変形例に係る回転ツールを示す縦断面図である。 本発明の第一実施形態の第二変形例に係る回転ツールを示す斜視図である。 本発明の第二実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第二実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。 本発明の第三実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第三実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。 本発明の第四実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第四実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。 本発明の第五実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第五実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。 本発明の第六実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第六実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。 本発明の第七実施形態に係る回転ツールを示す模式図である。 第七実施形態に係る回転ツールが最も収縮した状態を示す模式図である。
　本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら説明する。本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。また、実施形態における構成要素は、一部又は全部を適宜組み合わせることができる。さらに、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであり、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。
［１．第一実施形態］
［１―１．回転ツール］
　まず、第一実施形態に係る回転ツールの構成を説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態に係る回転ツール１は、被接合部材２（図６参照）の摩擦攪拌接合を行う接合装置３に用いられるものであって、被接合部材２の突合せ部に回転しながら挿入される。かかる回転ツール１は、本体部１０、攪拌部材５０、弾性部材７０、及び規制部材１００を備えている。
＜本体部＞
　本体部１０は、例えばマシニングセンタ等の接合装置３に固定される部分であって、固定部１１と、回転軸１２とを備えている。固定部１１は、接合装置３に取り付けられて固定される部位であり、円筒形状を呈している。固定部１１はチャック機構であり、接合装置３に設けられた対となるチャック機構と協働することで、固定部１１を接合装置３に対して着脱可能に固定することができる。チャック機構としては、例えば、固定部１１に設けられた溝と、接合装置３に設けられて、固定部１１側の溝に嵌合して挟み付ける爪とが挙げられる。固定部１１の接合装置３に取り付けられる側とは他端側（図１中、下側）に、回転軸１２が連結して設けられている。回転軸１２は、円柱形状を呈している。回転軸１２は、接合装置３からの回転力を攪拌部材５０に伝達する部位であり、固定部１１を介して接合装置３の回転軸（図示せず）に連結されている。
　図３乃至図５にも示すように、本体部１０は、ホルダ２１と、スライド軸３１とをさらに備えている。
＜ホルダ＞
　ホルダ２１は、回転軸１２に取り付けられ、回転軸１２と同期回転し、スライド軸３１及び攪拌部材５０を支持する部位である。ホルダ２１は、基端部（接合装置３側端部：図１中、上端部）に底部２４を有する有底円筒形状（中空筒状）を呈しており、内部の中空部が、スライド軸３１が挿入される収納凹部２２となっている。収納凹部２２は、円柱形状を呈しており、回転軸１２の軸方向の先端側（図１中、下端部）が開口している。ホルダ２１の円筒胴部には、キー溝２３が形成されている。キー溝２３は、回転軸１２の軸方向（図１中、上下方向）に沿って長尺の長円形に形成されており、ホルダ２１の外周面から内周面まで貫通している。なお、キー溝２３は、円筒胴部を貫通していなくてもよく、円筒胴部の内周面に溝状に形成されていてもよい。キー溝２３は、円筒胴部の円周方向に１８０°間隔で配置され、互いに対向して２か所に形成されている。なお、キー溝２３の個数は、２個に限定されるものではなく、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。
＜スライド軸＞
　スライド軸３１は、ホルダ２１の収納凹部２２に、回転軸方向（図１中、上下方向）にスライド可能に収納されるとともに、ホルダ２１と同期回転（共回り）する部位である。スライド軸３１は、円柱形状を呈しており、収納凹部２２に収納可能な外径を有している。スライド軸３１の外周面には、外側に突出するキー３２が設けられている。キー３２は、キー溝２３に相当する位置に固定されており、キー溝２３に挿入されている。キー３２は、回転軸方向に長い長円形状を呈しており、キー溝２３と同等の幅寸法を備えるとともに、キー溝２３の長手方向寸法よりも短い長さ寸法を備えている。つまり、キー３２は、キー溝２３の幅方向に嵌合するとともに長手方向に移動可能である。なお、キー３２の形状は、長円形状に限定されるものではなく、キー溝２３と同等の幅寸法を備えていれば、円形や楕円形、長楕円、長方形等の他の形状であってもよい。スライド軸３１の先端部（接合装置３から離間する側の端部：図１中、下端部）には、攪拌部材５０が一体的に設けられている。したがって、攪拌部材５０は、弾性部材７０によって先端側に付勢されることによって、スライド軸３１の先端側（接合装置３から離間する側：図１中、下側）に付勢される。
＜攪拌部材＞
　攪拌部材５０は、本体部１０からの回転力を受けて回転可能に設けられるとともに、回転軸１２の軸方向に対して移動可能に本体部１０に設けられる部位である。攪拌部材５０は、攪拌ピン５１とショルダ６１とを備えている。攪拌部材５０は、例えば工具鋼にて構成されている。本実施形態では、攪拌ピン５１とショルダ６１とが一体形成されており、コンベンショナル型の攪拌部材５０となっている。攪拌部材５０は、スライド軸３１と一体形成されている。よって、攪拌部材５０は、スライド軸３１と同期回転するとともに、スライド軸３１のスライド移動によって、回転軸１２の軸方向に移動する。
　攪拌ピン５１は、被接合部材に回転しつつ挿入されて被接合部材に対する摩擦攪拌を行う部位である。攪拌ピン５１の先端部５２（図１中、下端部）は、先端に向かうにつれて先細りになっている。攪拌ピンの先端部５２の先端は、軸方向に直交する平坦面状となっている。攪拌ピン５１の基端部には、ショルダ６１が一体形成されている。攪拌ピン５１の外周面に螺旋溝を設けてもよい。
　ショルダ６１は、下端面が被接合部材２に当接した状態で被接合部材２を押圧する部位である。ショルダ６１は、攪拌ピン５１の基端部から拡径する円柱状に形成されており、平面状且つリング状の先端面（下端面）を備えている。つまり、ショルダ６１の先端面から攪拌ピン５１の先端部５２が先端側に向かって突出している。言い換えれば、攪拌ピン５１がショルダ６１の下端面から垂下している。ショルダ６１の形状は、円柱状に限定されるものではなく、錐台状であってもよい。また、ショルダ６１の下端面は、平面状であってもよく、すり鉢状であってもよい。さらに、ショルダ６１の下端面は、凹凸構造を有していてもよい。ショルダ６１の基端部は、スライド軸３１に一体的に連結されている。ショルダ６１は、スライド軸３１よりも大径であり、ショルダ６１とスライド軸３１との連結部（ショルダ６１のスライド軸３１側の基端部）には、平面視でリング状の段部が形成されている。
＜弾性部材＞
　弾性部材７０は、回転軸１２の軸方向に対して攪拌ピン５１とショルダ６１とを備えた攪拌部材５０を先端側に向けて付勢する部位である。弾性部材７０は、例えばコイルばねにて構成されている。弾性部材７０は、ホルダ２１の内部に収容され、スライド軸３１の基端部３１ｂと、ホルダ２１の基端側の底部２４との間に装着されている。弾性部材７０は、攪拌部材５０側から受ける力に対して、攪拌部材５０を先端側に向けて付勢できるようになっている。
　弾性部材７０の弾性は、アルミニウム、銅、マグネシウム、及びこれらの合金からなる群より選ばれる少なくとも一つの材料からなる被接合部材２に対して、攪拌ピン５１を、所定の押し込み荷重で挿入する場合に、攪拌ピン５１の全可動範囲内の所定の範囲で、攪拌ピン５１が変位して被接合部材２に挿入されるように設定されている。
　例えば、弾性部材７０がコイルネばねの場合であって、弾性部材７０に加わる荷重を１００ｋｇ～５ｔで挿入する場合に、弾性部材７０の自由長に対して、弾性部材７０のたわみ量が０～３０％の範囲で変形した状態で、攪拌ピン５１及びショルダ６１が被接合部材２に挿入されるように設定されている。これにより、被接合部材２に対して一定の高さで攪拌ピン５１を押し込んだ場合に、被接合部材２の高さが変化した場合にも、被接合部材２の変化に合わせて弾性部材７０が変形することで、攪拌ピン５１の挿入量を一定に保ちやすくなる。
　なお、弾性部材７０は、コイルばねに限定されるものではなく、板ばね、皿ばね等の金属ばねや、ゴム、高分子樹脂、スポンジ状樹脂等の高分子弾性体（エラストマー）であってもよい。さらに弾性部材７０は、空気圧、ガス圧や油圧を用いた流体ばねや、磁力や電磁力を用いた磁性ばねであってもよい。
　弾性部材７０は、接合条件を考慮して、攪拌ピン５１が所定の深さにまで挿入される変形量と弾性率との関係を満たすように設定すればよい。また、弾性部材７０は、接合条件を考慮して、ショルダ６１が被接合部材２の表面に接触して、わずかに挿入される変形量と弾性率との関係を満たすように設定すればよい。弾性部材７０の設定に影響を与える接合条件としては、例えば、被接合部材２の材質や接合部の形状といった接合部材の条件や、攪拌ピン５１の挿入深さ、ショルダ６１の接触状態、回転ツール１の形状、回転速度、移動速度といった接合態様が挙げられる。
＜規制部材＞
　規制部材（遊嵌規制部材）１００は、図１等に示すように、攪拌部材５０が、所定の範囲を超えて回転軸１２の基端側へ移動することを規制する部材である。規制部材１００は、本実施形態では、ホルダ２１の内部において、弾性部材７０の中空部に遊嵌状態で配置されている。規制部材１００は、摩擦攪拌接合時の反力に耐え得るように、金属、樹脂、ゴム等であって比較的硬質の材料で形成されている。規制部材１００は、本実施形態では、円柱状を呈するが、配置場所の形状に合わせて適宜形成すればよい。規制部材１００は、攪拌部材５０の移動に伴って弾性部材７０に生じる変形量が、弾性部材７０の最大たわみ量（最大許容量）を超えないように攪拌部材５０の移動を規制する。
　例えば、本実施形態に係る弾性部材７０の最大たわみ量は、弾性部材７０の自由長に対して３０％変形したときに設定している。最大たわみ量とは、弾性部材７０の弾性力を発現する際に最も圧縮した量を意味する。最大たわみ量を超えると、弾性部材７０の弾性力が性能通りに発揮しなかったり、想定よりも早期に破損したりする。
　図２に示すように、規制部材１００は、本実施形態では、弾性部材７０の自由長に対して、弾性部材７０のたわみ量が３０％となった場合に、規制部材１００の先端部（先端面）１００ａがスライド軸３１の基端部３１ｂに当接するとともに、基端部（基端面）１００ｂが底部２４に当接する。これにより、弾性部材７０が最大たわみ量を超えて変形することを防ぐことができる。弾性部材７０の最大たわみ量は、弾性部材７０及び規制部材１００に応じて適宜設定することができる。弾性部材７０の最大たわみ量は、例えば、２５％としてもよく、２０％としてもよく、１５％としてもよく、１０％としてもよく、５％としてもよい。
　なお、本実施形態では、弾性部材７０を用いているため、「最大たわみ量」とした。また、前記したように、例えば、弾性部材を他の部材（空気圧、ガス圧や油圧を用いた流体ばねや、磁力や電磁力を用いた磁性ばね）を用いた場合は、その量を超えると、弾性力が発現しなかったり、弾性部材が破損したりする量を「最大許容量」と定義する。
　また、規制部材１００は、本実施形態では、金属等の固体とし、接触させることで攪拌部材５０の移動を規制したが、例えば、空気圧、ガス圧や油圧を用いた流体ばねや、磁力や電磁力を用いた磁性ばねで非接触により攪拌部材５０の移動を規制してもよい。
　また、規制部材１００は、攪拌部材５０の移動を規制するものであれば、その形状や配置は限定されない。例えば、規制部材１００は、本体部１０や攪拌部材５０の一部が規制部材１００として機能するものであってもよく、規制部材１００が本体部１０や攪拌部材５０と一体として形成されることで設けられるものであってもよく、規制部材１００が本体部１０や攪拌部材５０に対して別個の部材を取り付ける形で設けられるものであってもよい。
［１－２．接合装置］
　次に、前記構成の回転ツール１を備えた接合装置３の構成を説明する。かかる接合装置３は、回転ツール１の回転軸１２に伝達する回転力を出力する動力手段（図示せず）と、回転ツール１の固定部１１を保持して回転ツールの位置制御を行う位置制御手段（図示せず）と、を備えている。接合装置３は、例えば位置制御を行うマシニングセンタにて構成されており、位置制御装置は、ＣＰＵ等にて構成され、予め入力された位置情報に基づいて、動力手段を作動させて回転ツール１を移動させる。動力手段は、回転ツール１をＸＹＺの３軸方向に移動させる。
［１－３．接合方法］
　次に、本発明に係る接合方法を、図６を参照して説明する。かかる接合方法では、本実施形態の回転ツール１を、被接合部材２に対して予め設定された所定の高さ位置となるように移動させて、被接合部材２に攪拌ピン５１とショルダ６１とを所定深さで挿入して、被接合部材２に対する摩擦攪拌接合を行う。
　攪拌ピン５１の挿入時には、回転ツール１を被接合部材２に向けて挿入方向に近づけるにつれて、まずは攪拌ピン５１の先端が被接合部材２に接触する。回転ツール１をさらに被接合部材２に近づけると、弾性部材７０が圧縮を受けることで、被接合部材２に向けて攪拌部材５０を付勢する弾性部材７０による弾性力が強まりながら、攪拌ピン５１が被接合部材２に挿入される。回転ツール１をさらに被接合部材２に近づけると、ショルダ６１が被接合部材２に接触する。弾性部材７０が圧縮を受けることで、被接合部材２に向けて攪拌部材５０を付勢する弾性部材７０による弾性力がより強まりながら、ショルダ６１が被接合部材２に押し付けられる。このとき、弾性部材７０のたわみ量が最大たわみ量を超えないように、弾性部材７０の変形による余力を残した状態で、攪拌ピン５１が被接合部材２に挿入されるとともに、ショルダ６１を被接合部材２にわずかに挿入することができるように弾性部材７０及び接合条件が設定されている。あるいは、弾性部材７０のたわみ量が最大たわみ量を超えないように、規制部材１００によって攪拌部材５０の移動が規制された状態で、攪拌部材５０が被接合部材２に押圧されることによって、攪拌ピン５１が被接合部材２に挿入される。
　回転ツール１による接合中は、攪拌ピン５１とショルダ６１が弾性部材７０によって先端側に向けて付勢されている。図６中、左側に示すように、被接合部材２の高さが設定値に対して誤差が無い場合は、攪拌ピン５１の先端部５２が、所望の深さで被接合部材２に挿入される。ショルダ６１は、被接合部材２に対して接触した状態で、被接合部材２にわずかに挿入されるようになっている。
　次に、図６中、中央部に示すように、摩擦攪拌接合を行ううちに被接合部材２の高さが誤差によって設定値より少し高くなった場合について説明する。ここで、仮に、弾性部材７０が存在せずに攪拌ピン５１をそのまま被接合部材２に押し込んでいた場合には、被接合部材２の高さが設定値に対して誤差が無い場合と比べて、被接合部材２の高さが高くなった分だけ攪拌ピン５１及びショルダ６１の挿入量が大きくなる。
　これに対して、本実施形態の回転ツール１により接合を行った場合には、被接合部材２の高さが高くなったことで攪拌部材５０が被接合部材２からの上向きの反力を受けて押し上げられるとともに、この押し上げによって弾性部材７０が圧縮されて、攪拌部材５０が弾性部材７０から下向きの弾性力を受けて押し下げられる。このような被接合部材２の高さの変化に伴う上向きの反力と下向きの弾性力との釣り合う位置に、攪拌部材５０の位置が変更される。このときの攪拌ピン５１及びショルダ６１の挿入量が、被接合部材２の高さが設定値に対して誤差が無い場合の挿入量と比べて同程度となるように、弾性部材７０が設定されている。仮に、弾性部材７０の弾性力が弱すぎると、被接合部材２の高さの変化に伴う上向きの反力の方が大きくなり、挿入量が小さくなってしまう。一方、弾性部材７０の弾性力が強すぎると、被接合部材２の高さの変化に伴う下向きの弾性力の方が大きくなり、挿入量が大きくなってしまう。すなわち、被接合部材２の高さが変動して高くなった場合であっても、回転ツール１では、被接合部材２の設定値の高さに合わせて設定した所望の深さで攪拌ピン５１が被接合部材２に挿入されて、ショルダ６１が被接合部材２にわずかに挿入されるように、弾性部材７０が設定されている。
　さらに、被接合部材２の高さが設定値より低くなると、図６中、右側に示すように、弾性部材７０が伸張して、攪拌部材５０が下降する。このように、被接合部材２の高さが変動して低くなった場合であっても、回転ツール１では、被接合部材２の設定値の高さに合わせて設定した所望の深さで攪拌ピン５１が被接合部材２に挿入されて、ショルダ６１が被接合部材２にわずかに挿入されるように、弾性部材７０が設定されている。
　以上のように、回転ツール１では、弾性部材７０の作用によって、攪拌ピン５１及びショルダ６１が被接合部材２に対して一定の深さで挿入されるので、塑性化領域が一定の深さで形成される。したがって、安定した接合品質を得ることができる。
［１－４．作用・効果］
　本実施形態に係る回転ツール１、接合装置３及び接合方法によれば、回転軸１２の軸方向に対して移動可能に設けられた攪拌部材５０が、弾性部材７０によって先端側に向けて付勢されていることによって、攪拌ピン５１を被接合部材２に挿入している間に、弾性部材７０の弾性に応じて、攪拌ピン５１が所定の深さにまで挿入される。接合部材や接合態様といった接合条件を考慮して、弾性部材７０を設定することで、攪拌ピン５１を所望の深さに挿入させることができる。つまり、回転ツール１は、弾性部材７０を用いた疑似的な荷重制御を行うことができる。
　位置制御のみを行える、例えばマシニングセンタ等の接合装置に弾性部材が無い回転ツールを装着した場合には、マシニングセンタによる設定値に基づいて回転ツール１の支持高さが一定となり、攪拌部材５０の挿入位置が略一定になる。これに対して、本実施形態の回転ツール１を用いると、マシニングセンタによる回転ツール１の支持高さが一定であっても、被接合部材２の高さの変動に応じて、弾性部材７０が適宜伸縮して、攪拌部材５０が軸方向に移動する。このように、弾性部材７０の弾性を利用することで、攪拌ピン５１の被接合部材２への挿入深さを制御できるという荷重制御が可能となる。
　ここで、荷重制御に関して、弾性部材として例えば、圧縮コイルばねを用いて摩擦攪拌行うと、１０００系の比較的に柔らかいアルミニウム合金に対しては攪拌ピンを挿入することができたが、硬いアルミニウム合金に対しては攪拌ピンを挿入することができないというケースがあった。
　これは、圧縮コイルばねが、最大許容量（最大たわみ量）を超えて圧縮されるのを避ける必要があることによる。言い換えれば、圧縮コイルばねの最大たわみ量を超える程に回転ツールに荷重を加えることは困難である。すなわち、圧縮コイルばねの限度を超えるほどに圧縮することが必要となるような硬質な被接合部材に対して、簡易荷重制御を施しながら攪拌ピンを挿入することは困難である。仮に、圧縮コイルばねの最大たわみ量を超えると、ばねが早期に破損するおそれもある。
　ところで、例えば、摩擦攪拌接合の開始位置のように、被接合部材２に対して攪拌ピン５１を接触させて、回転ツール１に加える荷重を増しながら挿入を進める際には、時間が経過して挿入量が増えるにつれて、発生する反力（発生反力）と摩擦熱による発熱が増加する。通常、摩擦攪拌接合では、攪拌ピン５１の挿入に対して攪拌ピン５１の発熱による材料の軟化が追い付かず、攪拌ピン５１を所定の深さまで押込んでいる時が最も発生反力が高くなる。被接合部材２に所定の深さまで攪拌ピン５１が挿入され回転ツール１の押込みが止まると、回転ツール１の挿入量に対して攪拌ピン５１の発熱による材料の軟化が追い付き、回転ツール１に加える荷重を軽減することができ、発生反力を低下させることができる。このような状態は「定常状態」と称されている。
　図７は、第一実施形態に係る回転ツールの摩擦攪拌接合時の時間と発生反力を示すグラフである。点Ｐ１は、摩擦攪拌接合の開始位置において攪拌ピン５１を被接合部材２に最も押し込んだ位置を示している。点Ｐ２は、摩擦攪拌接合の定常状態の開始位置を示している。点Ｐ１に至るまでは右肩上がりの直線となっており、攪拌ピン５１を被接合部材２に押し込んでいる状態を示している。摩擦攪拌接合時には、攪拌ピン５１を押し込むときに発生反力が徐々に大きくなってピークを向かえ（点Ｐ１）、攪拌ピン５１の進行に応じて発生反力が少し低下した後、定常状態（点Ｐ２）となって発生反力は概ね一定となる。
　本実施形態に係る回転ツール１は、攪拌部材５０の軸方向の基端側への移動を規制する規制部材１００を備えている。これにより、発生反力（荷重）が最大となる回転ツール１の挿入時や、被接合部材２の形状が大きく変化する位置においては、弾性部材７０に生じるたわみ量が、弾性部材７０の最大たわみ量を超えない範囲で、規制部材１００によって攪拌部材５０の移動が規制される。したがって、被接合部材２が比較的に硬く、大きな荷重を要する場合であっても、弾性部材７０が限度を超えて変形するのを避けることができる。これにより、比較的硬い被接合部材２に対しても、弾性部材７０を利用しながら攪拌ピン５１を挿入することができ、かつ、弾性部材７０及び回転ツール１の破損を防ぐことができる。
　また、規制部材１００によって規制される攪拌部材５０が規制部材１００によって支持された状態（規制部材１００がスライド軸３１と底部２４とに当接し挟持された状態）で攪拌部材５０が被接合部材２に押圧されるとともに、接合装置によって加えられる荷重は、規制部材１００を介して攪拌部材５０に加えられることで、被接合部材２に攪拌部材５０を挿入することができる。
　その後、定常状態では、発生反力（荷重）が軽減され、規制部材１００による攪拌部材５０の支持が解除されて、規制部材１００により規制されなくなった攪拌部材５０は回転軸１２の軸方向への移動を行うことができるようになる。
　また、回転ツール１の大型化を防ぐために、弾性部材７０の外径や自由長は極力小さい（短い）方が好ましい。一定の外径で、弾性部材７０の自由長を短くすればするほど、ばね定数が大きくなるため、比較的硬い被接合部材２にも挿入しやすくなる。しかし、ばね定数を大きくすると、変化量に対する発生反力（荷重）が大きくなる傾向にあるため、ロバスト性が低くなる。つまり、ばね定数を大きくすると、弾性部材７０によって攪拌ピン５１が影響を受けやすくなるため、定常状態において攪拌ピン５１の動作が安定しない（制御しづらい）という問題がある。
　この点、本実施形態によれば、弾性部材７０のばね定数を大きくしなくても、規制部材１００がスライド軸３１の移動を規制するため、規制部材１００を介して攪拌部材５０に応力を加えることができる。これにより、比較的硬い被接合部材２にも攪拌部材５０を挿入することができる。また、規制部材１００を設ける分、弾性部材７０のばね定数を大きくしなくてよいため、弾性部材７０の設計の自由度が増すとともに、定常状態におけるロバスト性を高めることができ、攪拌ピン５１を安定して制御することができる。
　また、本体部１０は、円筒状のホルダ２１と、ホルダ２１の中心部に回転軸方向にスライド可能に収容されるとともにホルダ２１と同期回転するスライド軸３１とをさらに有し、攪拌部材５０は、スライド軸３１の先端に設けられている。これにより、本体部１０からの回転力を攪拌部材５０に伝達しつつ、攪拌部材５０を回転軸方向にスライドすることができる。
　弾性部材７０は、ホルダ２１の内部に収容され、スライド軸３１の基端部とホルダ２１の基端側の底部２４との間に配置されている。これにより、弾性部材７０が攪拌ピン５１側から受ける力をホルダ２１の底部２４によって受けることができる。したがって、スライド軸３１が移動しても、弾性部材７０が攪拌ピン５１を先端側に向けて安定に付勢するため、攪拌ピン５１の荷重制御の精度を高めることができる。
　また、ホルダ２１にキー溝２３が形成され、スライド軸３１にキー３２が形成されている。これにより、スライド軸３１及び攪拌部材５０が、回転軸及びホルダ２１の回転に伴って同期回転しつつ、軸方向への移動を安定した状態で許容する。したがって、攪拌部材５０の動作がより一層安定する。
　弾性部材７０は、固体ばね、流体ばね、磁力、及び電磁力から選ばれる少なくとも一つによって弾性力を付与するものである。このような構成によれば、弾性部材７０の弾性を調整し易い。
　攪拌部材５０は、スライド軸３１に連結して、柱状又は錐台状を呈するとともに、平面状又はすり鉢状の下端面を有し、下端面が被接合部材２に当接するショルダ６１を備えている。さらに、攪拌ピン５１は、ショルダ６１の下端面から垂下している。このような構成によれば、弾性部材７０の弾性を利用することで、攪拌ピン５１及びショルダ６１の被接合部材２への挿入深さを制御できる。また、ショルダ６１が被接合部材２の表面を押さえるので、摩擦攪拌接合後の表面の仕上がりが良好になる。
　接合装置３は、回転ツール１、動力手段、及び位置制御手段を備えている。そして、位置制御手段によって回転ツール１を被接合部材２に対して所定の高さ位置となるように移動させて、被接合部材２に攪拌ピン５１を挿入して摩擦攪拌接合を行う。このような接合装置３によれば、弾性部材７０の弾性を利用することで、攪拌ピン５１の被接合部材２への挿入深さを制御する荷重制御を行いながら摩擦攪拌接合を行うことができる。
　接合装置３は、回転ツール１が、攪拌ピン５１とショルダ６１を備えたコンベンショナル型の回転ツール１であって、攪拌ピン５１と、攪拌ピン５１と共に回転するショルダ６１とを、被接合部材２に挿入して、被接合部材２に対する摩擦攪拌接合を行うものである。これにより、ショルダ６１が被接合部材２の表面を押さえるので、摩擦攪拌接合後の表面の仕上がりが良好になる。
　本接合方法は、回転ツール１を、被接合部材２に対して所定の高さ位置となるように移動させて、被接合部材２に攪拌ピン５１を挿入して、被接合部材２に対する摩擦攪拌接合を行う。本接合方法によれば、弾性部材７０の弾性を利用することで、攪拌ピン５１の被接合部材２への挿入深さを制御する荷重制御を行いながら摩擦攪拌接合を行うことができる。
　本接合方法は、回転ツール１が、攪拌ピン５１とショルダ６１を備えたコンベンショナル型の回転ツール１であって、攪拌ピン５１と、攪拌ピン５１と共に回転するショルダ６１とを、被接合部材２に挿入して、摩擦攪拌接合を行う方法である。これにより、ショルダ６１が被接合部材２の表面を押さえるので、摩擦攪拌接合後の表面の仕上がりが良好になる。
　以上説明したように、回転ツール１、接合装置３、及び接合方法によれば、位置制御のみを行うマシニングセンタに装着した状態であっても、弾性部材７０を利用して荷重制御を行いながら摩擦攪拌接合を行うことができる。また、回転ツール１、接合装置３、及び接合方法によれば、規制部材１００を利用することで、比較的硬い被接合部材に対しても弾性部材７０の破損を防いで攪拌ピンを挿入するとともに、荷重制御を行いながら摩擦攪拌接合を行うことができる。
［２．第一変形例］
　次に、図８及び図９を参照しながら、第一変形例に係る回転ツール１Ａについて説明する。図８及び図９に示すように、第一変形例に係る回転ツール１Ａは、ホルダ２１の内部に、スライド手段８０が設けられている。スライド手段８０は、ホルダ２１の内周面に設けられている。スライド手段８０は、ホルダ２１の内周面に形成されたベアリング溝８１と、ベアリング溝８１内を摺動する複数のボール８２，８２・・とで構成されている。ベアリング溝８１は、側面視で軸方向に長い長円状に形成されている。ベアリング溝８１の深さは、ボール８２の直径よりも小さくなっている。ボール８２は、ベアリング溝８１の内部に複数個配設される。ボール８２の一部がスライド軸３１の外周面に摺接するとともに他の部分がベアリング溝８１の内面に摺接する。なお、その他の構成については、前記実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。このような構成の回転ツール１Ａによれば、ホルダ２１に対してスライド軸３１を軸方向にスムーズに移動させることができる。
［３．第二変形例］
　次に、図１０を参照しながら、第二変形例に係る回転ツール１Ｂについて説明する。第一実施形態では、攪拌部材５０は攪拌ピン５１とショルダ６１とを備えたコンベンショナル型であるが、これに限定されるものではない。第二変形例の攪拌部材５０ａは、図１０に示すように、ショルダのないショルダレス型となっている。その他の構成は前記実施形態と同様であるので、同じ符号を付して説明を省略する。
　ショルダレス型の攪拌部材５０ａは、スライド軸３１に連結される円柱状の連結部４１と、連結部４１の先端部４１ａに一体的に形成される攪拌ピン５３とを有している。連結部４１は、その径がスライド軸３１よりも小さくなっており、スライド軸３１の先端部（先端面）３１ａに設けられた円柱状の凹部３１ｃ内に連結部４１が挿入されている。この状態で、攪拌部材５０ａがスライド軸３１と固定されていることで、攪拌部材５０ａがスライド軸３１の先端に設けられている。よって、攪拌部材５０ａは、スライド軸３１と同期回転するとともに、スライド軸３１のスライド移動によって、回転軸１２の軸方向に移動する。
　攪拌ピン５３は、その基端部５４において連結部４１の先端部（先端面）４１ａと一体形成されており、連結部４１の先端部（下端面）４１ａから先端側へ突出（垂下）している。また、攪拌ピン５３は、その先端部５５が基端部５４側から先端に向かうにつれて先細りになっている。攪拌ピン５３は、基端部５４の径が、連結部４１の先端部４１ａの径よりも大きくなっており、スライド軸３１の径よりも小さくなっている。攪拌ピン５１ａの外周面に螺旋溝を設けてもよい。
　なお、本変形例では、攪拌ピン５３の基端部５４と連結部４１の先端部４１ａとは径が異なり、両者の外周面に段差を有しているが、攪拌ピン５３の基端部５４と連結部４１の先端部４１ａとは径が同じであり、両者の外周面が連続して形成されていてもよい。また、本変形例では、攪拌ピン５３の基端部５４とスライド軸３１の先端部３１ａとは径が異なり、両者の外周面に段差を有しているが、攪拌ピン５３の基端部５４とスライド軸３１の先端部３１ａとは径が同じであり、両者の外周面が連続して形成されていてもよい。また、本変形例では、攪拌部材５０ａがスライド軸３１と別体として設けられ、両者が連結される場合を例示したが、攪拌部材５０ａとスライド軸３１とが一体として形成されていてもよい。また、連結部４１の形状は、円柱状に限定されるものではなく、錐台状であってもよい。
　本実施形態に係る回転ツール１Ｂによれば、第一実施形態に係る回転ツール１と同様に、弾性部材７０の弾性を利用することで、攪拌ピン５３の被接合部材２への挿入深さを制御できるという荷重制御が可能となる。また、本実施形態のショルダレス型の攪拌部材を備えた回転ツール１Ｂによれば、摩擦攪拌接合時の回転ツール１Ｂの押圧力を低減することができる。
　また、このようなショルダレス型の攪拌部材を備えた回転ツール１Ｂを備えた接合装置及び接合方法では、位置制御手段によって、回転ツール１Ｂを被接合部材に対して所定の高さ位置となるように移動させて、被接合部材に対してスライド軸３１及び連結部４１を離間させた状態で、被接合部材２に攪拌ピン５３のみを挿入して、被接合部材２に対する摩擦攪拌接合を行う。以上のような、接合装置及び接合方法によれば、回転ツール１Ｂのショルダ部を押し込む場合に比べて塑性化領域の幅を小さくすることができるとともに、回転ツール１Ｂの押圧力を低減することができる。また、回転ツール１のショルダ部を押し込む場合に比べて摩擦攪拌装置にかかる負荷を軽減することができる。また、摩擦攪拌装置に大きな負荷がかからない状態で、突合せ部の深い位置を接合することができる。また、連結部４１を設けることで、連結部４１に一体的に形成される攪拌ピン５３とスライド軸３１との着脱を容易に行うことができる。
［４．第二実施形態］
　次に、図１１及び図１２を参照しながら、第二実施形態に係る回転ツール１Ｃについて説明する。第二実施形態に係る回転ツール１Ｃは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５３とを有する攪拌部材５０ａ、弾性部材７０、及び規制部材１００Ｃを備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る規制部材（基端側固定規制部材）１００Ｃは、ホルダ２１の底部２４に固定されて設けられている。つまり、規制部材１００Ｃの基端部１００Ｃｂと底部２４とが常に接続されている。図１２に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、規制部材１００Ｃの先端部１００Ｃａとスライド軸３１の基端部３１ｂとが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５３（攪拌部材５０ａ）の基端側への移動を規制することができる。
　本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、規制部材１００Ｃがホルダ２１の底部２４に設けられていることにより、規制部材がホルダ２１の内部を遊動することによって規制部材と弾性部材７０とが接触することを避けることができる。また、規制部材１００Ｃを定位置に固定することができるため、規制部材１００Ｃの先端部１００Ｃａとスライド軸３１の基端部３１ｂとを一定の位置で当接させることができ、回転ツール１Ｃの挿入に伴い発生する反力を所定の位置で受け止めて安定的な動作を行わせることができる。
［５．第三実施形態］
　次に、図１３及び図１４を参照しながら、第三実施形態に係る回転ツール１Ｄについて説明する。第三実施形態に係る回転ツール１Ｄは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５３を有する攪拌部材５０ａ、弾性部材７０、及び規制部材１００Ｄを備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る規制部材（先端側固定規制部材）１００Ｄは、スライド軸３１に固定されて設けられている。つまり、規制部材１００Ｄの先端部１００Ｄａとスライド軸３１の基端部３１ｂとが常に接続されている。図１４に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、規制部材１００Ｄの基端部１００Ｄｂとホルダ２１の底部２４とが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５３（攪拌部材５０ａ）の基端側への移動を規制することができる。
　本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、規制部材１００Ｄがスライド軸３１に設けられていることにより、規制部材がホルダ２１の内部を遊動することによって規制部材と弾性部材７０とが接触することを避けることができる。また、規制部材１００Ｄを定位置に固定することができるため、規制部材１００Ｄの基端部１００Ｄｂとホルダ２１の底部２４とを一定の位置で当接させることができ、回転ツール１Ｄの挿入に伴い発生する反力を所定の位置で受け止めて安定的な動作を行わせることができる。
［６．第四実施形態］
　次に、図１５及び図１６を参照しながら、第四実施形態に係る回転ツール１Ｅについて説明する。第四実施形態に係る回転ツール１Ｅは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５３とを有する攪拌部材５０ａ、弾性部材７０、及び規制部材１００Ｅを備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る規制部材（中間規制部材）１００Ｅは、スライド軸３１の外周面（側面部）に固定されて設けられている。特には、規制部材１００Ｅは、スライド軸３１の軸方向中央の外周面に設けられている。規制部材１００Ｅは、スライド軸３１の外周面から垂直に径外方向に張り出す板状部材である。規制部材１００Ｅは単数でもよいし複数個形成されていてもよい。規制部材１００Ｅは、ホルダ２１に径外方向に貫通する貫通孔Ｍ内を、スライド軸３１の移動に伴い軸方向に移動するように形成されている。図１６に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、規制部材１００Ｅと貫通孔Ｍの基端側の孔壁（ホルダの中間部）Ｍａとが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５３（攪拌部材５０ａ）の基端側への移動を規制することができる。
　なお、本実施形態では、ホルダ２１の貫通孔Ｍを「中間部」としたが、ホルダ２１の他の部位を「中間部」に設定し、当該中間部と規制部材１００Ｅとを当接させてもよい。また、キー溝２３とキー３２とによって、貫通孔Ｍと規制部材１００Ｅとを実現してもよい。
　本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、規制部材１００Ｅがスライド軸３１の外周面に設けられていることにより、ホルダ２１の内部に収容される弾性部材７０との干渉を避けることができる。このため、例えば弾性部材の構造、形状、動作、又は機能の影響により、規制部材を弾性部材とともにホルダ２１の内部に収納することができない場合であっても、外周面に設けられた規制部材１００Ｅによって、攪拌部材５０ａの移動を規制することができる。したがって、設計の自由度を増すことができる。
［７．第五実施形態］
　次に、図１７及び図１８を参照しながら、第五実施形態に係る回転ツール１Ｆについて説明する。第五実施形態に係る回転ツール１Ｆは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５１Ｂ５３とを有する攪拌部材５０ａ、弾性部材７０、及び規制部材１００Ｆを備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る規制部材（先端側規制部材）１００Ｆは、スライド軸３１の外周面（側面部）に固定されて設けられている。特には、規制部材１００Ｆは、スライド軸３１の先端側の外周面に設けられている。規制部材１００Ｆは、スライド軸３１の外周面から垂直に径外方向に張り出す板状部材である。規制部材１００Ｆは単数でもよいし複数個形成されていてもよい。図１８に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、規制部材１００Ｆとホルダ２１の先端部２１ａとが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５３（攪拌部材５０ａ）の基端側への移動を規制することができる。
　本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、規制部材１００Ｆがスライド軸３１の外周面に設けられていることにより、ホルダ２１の内部に収容される弾性部材７０との干渉を避けることができる。このため、例えば弾性部材の構造、形状、動作、又は機能の影響により、規制部材を弾性部材とともにホルダ２１の内部に収納することができない場合であっても、外周面に設けられた規制部材１００Ｆによって、攪拌部材５０ａの移動を規制することができる。したがって、設計の自由度を増すことができる。また、キー溝２３とキー３２とによって貫通孔Ｍと規制部材１００Ｅを実現して、規制部材１００Ｅとキー溝２３とが当接する場合と比べて、本実施形態によれば、規制部材１００Ｆとホルダ２１の先端部２１ａとが当接するため、キー溝２３に負荷が加わることを避けることができる。
［８．第六実施形態］
　次に、図１９及び図２０を参照しながら、第六実施形態に係る回転ツール１Ｇについて説明する。第六実施形態に係る回転ツール１Ｇは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５３とを有する攪拌部材５０ａ、弾性部材７０、及び規制部材１００Ｇを備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る規制部材（先端面規制部材）１００Ｇは、スライド軸３１の先端部（先端面）３１ａに固定されて設けられている。規制部材１００Ｇは、スライド軸３１の先端部（先端面）３１ａから垂直に径外方向に張り出す板状部材である。規制部材１００Ｇは、スライド軸３１の外周面よりも外側に張り出している。規制部材１００Ｇは単数でもよいし複数個形成されていてもよい。図２０に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、規制部材１００Ｇとホルダ２１の先端部２１ａとが当接し、スライド軸３１及び攪拌ピン５３（攪拌部材５０ａ）の基端側への移動を規制することができる。
　本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、規制部材１００Ｇがスライド軸３１の先端部に設けられていることにより、ホルダ２１の内部に収容される弾性部材７０との干渉を避けることができる。このため、例えば弾性部材の構造、形状、動作、又は機能の影響により、規制部材を弾性部材とともにホルダ２１の内部に収納することができない場合であっても、先端部に設けられた規制部材１００Ｇによって、攪拌部材５０ａの移動を規制することができる。したがって、設計の自由度を増すことができる。また、キー溝２３とキー３２とによって貫通孔Ｍと規制部材１００Ｅを実現して、規制部材１００Ｅとキー溝２３とが当接する場合と比べて、本実施形態によれば、規制部材１００Ｇとホルダ２１の先端部２１ａとが当接するため、キー溝２３に負荷が加わることを避けることができる。
［９．第七実施形態］
　次に、図２１及び図２２を参照しながら、第七実施形態に係る回転ツール１Ｈについて説明する。第七実施形態に係る回転ツール１Ｈは、ホルダ２１とスライド軸３１とを有する本体部１０、連結部４１と攪拌ピン５３ｈとを有する攪拌部材５０ｈ、及び弾性部材７０を備えている。基本的な構成は、前記した実施形態及び変形例と同じであるため、同じ符号を付して説明を省略する。
　本実施形態に係る攪拌部材５０ｈは、第二変形例と同じように、ショルダレス型の攪拌部材となっている。攪拌部材５０ｈの基端部５４ｈの外径は、スライド軸３１の外径よりも大きくなっている。また、攪拌部材５０ｈの基端部５４ｈの外径は、ホルダ２１の収納凹部２２の内径よりも大きくなっている。また、攪拌ピン５３ｈは、その先端部５５ｈが基端部５４ｈ側から先端に向かうにつれて先細りになっている。図２２に示すように、弾性部材７０が最大たわみ量に達するまでに、攪拌ピン５３ｈの基端部５４ｈとホルダ２１の先端部２１ａとが当接し、スライド軸３１及び攪拌部材５０ｈの基端側への移動を規制することができる。つまり、本実施形態では、攪拌部材５０ｈそのものが、規制部材となっている。
　本実施形態によっても、第一実施形態と略同等の効果を奏することができる。さらに、本実施形態によれば、攪拌部材５０ｈが規制部材として機能することにより、ホルダ２１の内部に収容される弾性部材７０との干渉を避けることができる。このため、例えば弾性部材の構造、形状、動作、又は機能の影響により、規制部材を弾性部材とともにホルダ２１の内部に収納することができない場合であっても、攪拌部材５０ｈによって、攪拌部材５０ｈそれ自体の移動を規制することができる。したがって、設計の自由度を増すことができる。
［１０．その他］
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の趣旨に反しない範囲において適宜設計変更が可能である。前記実施形態では、ホルダ２１にキー溝２３が形成され、スライド軸３１にキー３２が形成されているが、これに限定されるものではない。ホルダ２１にキーを形成し、スライド軸３１にキー溝を形成してもよい。
　また、前記実施形態では、弾性部材７０は、ホルダ２１の内部に収容され、スライド軸３１の基端部とホルダ２１の基端側の底部２４との間に配置されているがこれに限定されるものではない。弾性部材７０は、攪拌部材５０を先端側に付勢する位置であればどこに配置してもよい。また、弾性部材７０の配置に合わせて規制部材の配置を変更してもよい。例えば、スライド軸の下部を囲うように配置してもよい。この場合、弾性部材７０がスライド軸３１と攪拌部材５０との中間部付近に位置するとともに、弾性部材７０がスライド軸３１の周方向に均等に作用する。したがって、スライド軸３１が移動しても、弾性部材７０が攪拌部材５０を先端側に向けて安定に付勢する。したがって、攪拌部材５０の荷重制御の精度を高めることができる。また、スライド軸３１の上端部において、上端部側に向けて柱状形状に伸長された伸長部が形成されており、このスライド軸３１の伸長部を囲うとともに、ホルダ２１の基端側の底部２４との間に弾性部材７０を装着してもよい。このとき、ホルダ２１の内径に合わせて伸長部をスライド軸３１よりも小さい径に形成してもよい。このような場合も攪拌部材５０の荷重制御の精度を高めることができる。
　また、前記実施形態では、規制部材１００が円柱状であって、規制部材１００が弾性部材７０の中空部に配置されている場合を例示して説明した。規制部材は、内径が弾性部材７０の外径よりも大きい筒状であってもよい。この場合、規制部材の内側に弾性部材７０が配置されて、規制部材が弾性部材７０の外側を覆うように配置されていてもよい。
　１　　　回転ツール
　２　　　被接合部材
　３　　　接合装置
　１０　　本体部
　１１　　固定部
　１２　　回転軸
　２１　　ホルダ
　２３　　キー溝
　３１　　スライド軸
　３２　　キー
　５０　　攪拌部材
　５１　　攪拌ピン
　６１　　ショルダ
　７０　　弾性部材
　１００　規制部材

Claims (15)

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