摩擦搅拌接合工具及摩擦搅拌接合装置制造方法
【专利摘要】本发明公开摩擦搅拌接合工具及摩擦搅拌接合装置。双轴肩搅拌头具有与成为对象的工件的表面抵接的第一轴肩面、与该第一轴肩面相对配置并抵接于工件的背面的第二轴肩面、将第一轴肩面和第二轴肩面之间的间隔固定并连接的轴部，在第一轴肩面和第二轴肩面上形成第一涡槽和第二涡槽，该第一涡槽和第二涡槽在上述第一轴肩面或者第二轴肩面上随着朝向外周侧而向工具旋转方向前方侧延伸并在外周侧端边缘开口。
【专利说明】摩擦搅拌接合工具及摩擦搅拌接合装置
[0001]本申请是申请日为2012年I月18日、申请号为201210015535.7、发明名称为“摩擦搅拌接合工具及摩擦搅拌接合装置”的发明专利申请的分案申请。
【技术领域】
[0002]本发明涉及对工件进行摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合工具及摩擦搅拌接合装置。
【背景技术】
[0003]作为将由两个部件构成的工件接合的方法之一，已知有摩擦搅拌接合。摩擦搅拌接合是指，在工件的接合部位上通过工具的被称作轴肩面的面以规定的加压力加压的状态下使该工具旋转，由此在工件表面产生摩擦热，通过该摩擦热使工件软化进行接合。
[0004]在这样的摩擦搅拌接合中，有使用被称作双轴肩搅拌头(e 一 > )型工具的方式(例如参照专利文献I?4)。
[0005]双轴肩搅拌头型工具具有:具有一轴肩面的表面侧轴肩、具有与一轴肩面相对的其它轴肩面的背面侧轴肩。背面侧轴肩安装在贯通表面侧轴肩的轴部上。在进行摩擦搅拌接合时，使轴部贯通工件，在工件的表面侧配置表面侧轴肩，在背面侧配置背面侧轴肩。然后，通过表面侧轴肩及背面侧轴肩的各自的轴肩面夹住工件的表面及背面并进行加压产生摩擦热，由此使工件软化。此时,插入到软化部分的轴部对软化的工件进行搅拌，由此进行摩擦搅拌接合。
[0006]在这样的双轴肩搅拌头型工具中，如果因工件的变形或者制作误差而产生板压变动，则从一对轴肩面作用于工件的加压力发生变动，可能产生接合不良。针对该问题，在专利文献5中公开了如下技术:通过将轴肩面形成为锥状并且在该轴肩面形成螺旋形状槽或同心状槽，抑制工件的板厚变动。
[0007]另外，在专利文献6中公开了如下技术:在接合作业中即工具行进中，在根据工件厚度可调整一对轴肩面之间间隔的可动式双轴肩搅拌头型工具的轴肩面上形成涡状槽，由此抑制工件发生翘曲。
[0008]专利文献1:(日本)特开2002-263863号公报
[0009]专利文献2:(日本)特开2005-74518号公报
[0010]专利文献3:(日本)特表2005-519769号公报
[0011]专利文献4:(日本)特开2003-326376号公报
[0012]专利文献5:(日本)特开2003-320465号公报
[0013]专利文献6:(日本)特开2005-7466号公报
[0014]但是，在专利文献5所记载的工具中，因工件的板厚变动而工件的厚度比一对轴肩面的间隔大的情况下，这些轴肩面削去工件表面并排出到工具的外部。其结果是，工件的厚度极端地减薄，不能进行良好的接合。另外，随着锥状轴肩面与工件接触的范围发生变化，摩擦热的热输入发生变动，可能产生接合不良。
[0015]另一方面，在使用专利文献6记载的工具进行接合作业中即工具行进中，对根据工件厚度可调整轴肩面间隔的工具而言，也可以考虑被控制为使该间隔随着工件的板厚变动而变动。但是，如果板厚变动微小，就难以进行该控制，从而仍然不能进行良好的接合。
【发明内容】
[0016]本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供即使工件发生板厚变动也能够容易地进行良好的接合的双轴肩搅拌头型的摩擦搅拌接合工具以及具有该摩擦搅拌接合工具的摩擦搅拌接合装置。
[0017]为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案。
[0018]S卩，本发明提供一种摩擦搅拌接合工具，具有:与成为对象的工件的表面抵接的第一轴肩面、与该第一轴肩面相对配置并抵接于所述工件的背面的第二轴肩面、将所述第一轴肩面与所述第二轴肩面之间的间隔固定并连接的轴部，通过该轴部绕轴线按照规定的工具旋转方向旋转，对所述工件实施摩擦搅拌接合，其特征在于，具有槽部，所述槽部形成在所述第一轴肩面和所述第二轴肩面中至少一个轴肩面上，在所述第一轴肩面或者所述第二轴肩面上，随着朝向外周侧而向所述工具旋转方向前方侧延伸并在外周侧端边缘开口。
[0019]根据具有这种特征的摩擦搅拌接合工具，在工件发生板厚变动以使该工件的厚度大于第一轴肩面与第二轴肩面之间的间隔的情况下，工件的多余的厚度能够被形成在这些第一轴肩面和第二轴肩面中至少一个轴肩面上的槽部刮入。即，由于随着朝向轴线的径向外侧而向工具旋转方向前方侧延伸的槽部在摩擦搅拌接合工具的外周侧端边缘开口，因此，随着绕轴线的旋转，工件的一部分以侵入槽部内的方式被刮入。然后，这样被刮入槽部内并软化的工件的一部分通过轴部搅拌而成为接合部，因此，工件不会发生极端的减薄。
[0020]需要说明的是，由于第一轴肩面和第二轴肩面彼此平行地配置，所以与工件接触的这些第一轴肩面和第二轴肩面的接触范围不会极端地变化。因此，由摩擦热输入的热量不会大幅变动。
[0021]另外，由于第一轴肩面和第二轴肩面之间的间隔通过轴部固定，所以也不需要根据板厚变动来可变控制这些第一轴肩面和第二轴肩面之间的间隔。
[0022]另外，在本发明的摩擦搅拌接合工具中，优选将所述第一轴肩面和所述第二轴肩面之间沿所述轴线方向的间隔被设定为:从所述工件的厚度的最小容许尺寸减去所述摩擦搅拌接合时所述轴部沿所述轴线方向的热膨胀量而得到的尺寸以下。
[0023]由此，即使在工件的板厚变动达到该工件的厚度的最小容许尺寸的情况下，由于第一轴肩面和第二轴肩面分别抵接于工件，所以也能够使这些第一轴肩面和第二轴肩面与工件之间产生的摩擦热所输入的热量为恒定。因此，能够避免在工件的接合部位上产生热输入的偏差，从而能够进行良好的接合。
[0024]另外，在本发明的摩擦搅拌接合工具中，优选在所述第一轴肩面和所述第二轴肩面上均形成所述槽部，所述第一轴肩面和所述第二轴肩面中的所述槽部的底部彼此之间沿所述轴线方向的间隔被设定为:从所述工件的厚度的最大容许尺寸减去所述摩擦搅拌接合时所述轴部沿所述轴线方向的热膨胀量而得到的尺寸以上。
[0025]由此，即使在工件的板厚变动达到该工件的厚度的最大容许尺寸的情况下，也能够将该工件的多余的厚度可靠地刮入槽部内。
[0026]另外，在本发明的摩擦搅拌接合工具中，也可以在所述第一轴肩面和所述第二轴肩面中一个轴肩面上形成有所述槽部，所述槽部的底部与所述第一轴肩面和所述第二轴肩面中另一个轴肩面之间沿所述轴线方向的间隔被设定为:从所述工件的厚度的最大容许尺寸减去所述摩擦搅拌接合时所述轴部沿所述轴线方向的热膨胀量而得到的尺寸以上。
[0027]由此，与上述相同，即使工件的板厚变动达到该工件的厚度的最大容许尺寸，也能够将该工件的多余的厚度可靠地刮入槽部内。
[0028]本发明提供一种摩擦搅拌接合装置，其特征在于，包括:上述任一的摩擦搅拌接合工具、设置于所述工件的表面侧的主体部、保持所述摩擦搅拌接合工具并且相对所述主体部在所述轴线方向上相对位移自如地支撑在该主体部上的工具保持部。
[0029]由此，能够使摩擦搅拌接合工具追随工件的板厚变动所引起的起伏，因此，能够对工件良好地实施接合。
[0030]另外，在本发明的摩擦搅拌接合装置中，优选具有支撑部件，所述支撑部件的一端固定在所述工具保持部上，另一端朝向所述工件的表面被靠压而能够抵接于工件的表面。
[0031]由此，能够通过支撑部件吸收工件的板厚变动的同时，通过摩擦搅拌接合工具进行摩擦搅拌接合，因此，能够对工件良好地实施接合。
[0032]根据本发明的摩擦搅拌接合工具及摩擦搅拌接合装置，能够在槽部深度的范围内应对工件的板厚变动。另外，除能够抑制摩擦热所输入的热量变动之外，由于也不需要抑制轴肩面之间的间隔，所以能够容易地对工件进行良好的接合。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本发明实施方式的摩擦搅拌接合装置的纵剖面图；
[0034]图2是图1的局部放大图，是说明摩擦搅拌接合工具的详细结构的图；
[0035]图3是图2的A-A剖面图；
[0036]图4是图2的B-B剖面图；
[0037]图5是图1的局部放大图，是说明支撑部件的可动范围的图；
[0038]图6是变形例的摩擦搅拌接合工具的纵剖面图。
【具体实施方式】
[0039]下面，参照附图详细说明本发明实施方式的双轴肩搅拌头(摩擦搅拌接合工具)及摩擦搅拌接合装置。
[0040]如图1所示，本实施方式的摩擦搅拌接合装置100是通过摩擦搅拌接合将由第一部件Wl及第二部件W2这两个部件构成的工件W接合的装置。以下，说明通过摩擦搅拌接合装置100将板状的第一部件Wl及第二部件W2的相互相对或者抵接的接合端面彼此接合的例子。
[0041]该摩擦搅拌接合装置100包括:安装在未图示的加工机主轴上的主体部10、由该主体部10支撑的工具保持部20、一体地被该工具保持部20保持的双轴肩搅拌头30、抵接在工件W的表面的支撑部件40。
[0042]主体部10在工件W的表面侧被配置成与该工件W隔开间隔，该主体部10形成具有圆筒部11和盖部16的有底筒状，该圆筒部11以与工件W的延伸方向(本实施方式中为水平方向)正交的轴线O为中心，该盖部16将该圆筒部11中的轴线O方向的一侧(在工件W的表面侧从该表面离开的一侧，以下简称为上方)封闭。即，该主体部10被配置成使圆筒部11中的轴线O方向的另一侧(在工件W的表面侧与该表面接近的一侧，以下简称为下方)的开口部面对该工件W的表面。这样的主体部10随着被一体地固定的加工机的主轴的移动，沿轴线O方向以及沿工件W的表面的方向可任意移动。
[0043]在圆筒部11的内周面上，形成有以轴线O为中心向径向外侧环状地凹进的第一环状凹部12和第二环状凹部13。这些第一环状凹部12和第二环状凹部13在轴线O方向上彼此分开配置，第一环状凹部12位于第二环状凹部13的上方。而且，沿径向贯通圆筒部11的内外的第一孔部14的径向内侧的端部在第一环状凹部12中开口。此外，沿径向贯通圆筒部11的内外的第二孔部15的径向内侧的端部在第二环状凹部13中开口。
[0044]工具保持部20形成以轴线O为中心的多台阶圆柱状，被配置成在该主体部10的内侧从主体部10的圆筒部11的下端开口相对于该主体部10沿轴线O方向可相对位移。
[0045]该工具保持部20的外周面具有第一外周面22、第二外周面23及第三外周面24。第一外周面22与工具保持部20中朝向上方的第一端面21相连，具有与圆筒部11的内周面相同的外径。第二外周面23配置在第一外周面22的下方，具有比该第一外周面22小一台阶的外径。第三外周面24配置在第二外周面23的下方，与第一外周面22同样，具有与圆筒部11的内周面相同的外径。而且，该第三外周面24与工具保持部20中朝向下方的第二端面相连。
[0046]需要说明的是，第一外周面22和第二外周面23之间的台阶部形成环状，成为朝向下方的第一台阶面25。而且，第二外周面23和第三外周面24之间的台阶部形成环状，成为朝向上方的第二台阶面26。
[0047]另外，在主体部10内，由盖部16、工具保持部20的第一端面21及圆筒部11的内周面划分出第一流体室28。在该第一流体室28中存在第一环状凹部12，由此，第一孔部14的径向内侧的端部朝向第一流体室28内开口。
[0048]而且，在主体部10内，由第二外周面23、第一台阶面25、第二台阶面26及圆筒部11的内周面划分出第二流体室29。在该第二流体室29中存在第二环状凹部13，由此，第二孔部15的径向内侧的端部朝向第二流体室29内开口。
[0049]另外，第一孔部14和第二孔部15的径向外侧的端部分别经由未图示的压力控制阀与流体压力源连接。因此，通过压力控制阀的开闭，从流体压力源进行流体压力的供给和排出，由此第一流体室28内和第二流体室29内的压力被调整。在本实施方式中，由压力控制阀控制第一流体室28内和第二流体室29内的压力，以便即使工具保持部20和主体部10在轴线O方向上发生相对位移，也能够使工具保持部20相对主体部10静止。即，工具保持部20被支撑为其在第一流体室28内和第二流体室29内的流体压力的平衡下相对主体部10在轴线O方向上自如地发生相对位移。
[0050]需要说明的是，流体压可以是液压，也可以是气压。
[0051]该工具保持部20通过与未图示的旋转机构连接，可绕轴线O旋转。这样工具保持部20旋转时，以及工具保持部20相对主体部10在轴线O方向上相对位移时，第一外周面22和第三外周面24在圆筒部11的内周面上滑接。
[0052]双轴肩搅拌头30具有以轴线O为中心形成且彼此形成一体的第一轴肩部31、第二轴肩部34及轴部37。该双轴肩搅拌头30随着工具保持部20绕轴线O旋转而绕该轴线O旋转。下面，将该双轴肩搅拌头30绕轴线O的旋转方向称作工具旋转方向R。
[0053]第一轴肩部31形成以轴线O为中心的圆柱状，其轴线O方向一侧的端部即上端部一体地固定在工具保持部20上，其轴线O方向另一侧的端面即下端面配置在工件W的表面侧而成为按压该表面的第一轴肩面32。
[0054]第二轴肩部34形成以轴线O为中心的圆柱状，具有配置在工件W的背面侧按压该背面的第二轴肩面35，S卩，第二轴肩面35以与第一轴肩面32在轴线O方向上隔开间隔的状态相对配置在该第一轴肩面32的下方。需要说明的是，第二轴肩面35与第一轴肩面32平行。
[0055]轴部37形成外经比第一轴肩部31和第二轴肩部34的外径小且沿轴线O延伸的柱状，将第一轴肩面32和第二轴肩面35在轴线O方向上连接。
[0056]需要说明的是,在本实施方式中,通过轴部37固定第一轴肩面32和第二轴肩面35之间的间隔，即双轴肩搅拌头30形成为在接合中第一轴肩面32和第二轴肩面35的相对位置彼此不动地固定的固定型。
[0057]而且，在第一轴肩面32和第二轴肩面35上形成有第一涡槽(槽部)33或第二涡槽(槽部)36。
[0058]S卩，如图3所示，在第一轴肩面32上形成有第一涡槽33，该第一涡槽33随着朝向外周侧即朝向轴线O的径向外侧，逐渐朝向工具旋转方向R前方侧以涡卷状扭转。该第一涡槽33的径向外侧的端部在位于该第一涡槽33外周侧的第一轴肩部31外周面即外周侧端边缘开口。该第一涡槽33的深度即沿轴线O方向从第一轴肩面32到第一涡槽33的底部的尺寸在该第一涡槽33的延伸方向的整个区域中恒定。
[0059]另外，如图4所示，在第二轴肩面35上形成有第二涡槽36，该第二涡槽36随着朝向外周侧即朝向轴线O的径向外侧逐渐朝向工具旋转方向R前方侧以涡卷状扭转。该第二涡槽36的径向外侧的端部在位于该第二涡槽36外周侧的第二轴肩部34外周面即外周侧端边缘开口。该第二涡槽36的深度即沿轴线O方向从第二轴肩面35到第二涡槽36的底部的尺寸在该第二涡槽36的延伸方向的整个区域中恒定。
[0060]在此，在本实施方式中，第一轴肩面32和第二轴肩面35之间沿轴线O方向的间隔，以及第一涡槽33的底部和第二涡槽36的底部之间沿轴线O方向的间隔分别被设定为预先确定的规定尺寸。
[0061]S卩，如下述(I)式所示，第一轴肩面32和第二轴肩面35之间沿轴线O方向的间隔T1被设定为:从工件W在上下方向上的厚度的最小容许尺寸Wuis减去摩擦搅拌接合时轴部37沿轴线O方向的热膨胀量AL而得到的尺寸以下。
[0062]T1 ^ WLMS-AL...(I)
[0063]需要说明的是，更优选将上述间隔T1设定为:与从工件W在上下方向上的厚度的最小容许尺寸Wuis减去摩擦搅拌接合时轴部37沿轴线O方向的热膨胀量AL而得到的尺寸相同的值。另外，T1的最小值可以根据工件W的厚度适当设定，例如可以设定为1mm程度。
[0064]另外，如下述(2)所示，第一涡槽33和第二涡槽36的底部彼此之间沿轴线O方向的间隔T2被设定为:从工件W沿轴线O方向的厚度的最大容许尺寸Wmms减去摩擦搅拌接合时轴部37沿轴线O方向的热膨胀量AL而得到的尺寸以上。
[0065]T2 彡 Wmms- AL...(2)
[0066]需要说明的是，更优选将上述间隔T2设定为:与从工件W沿轴线O方向的厚度的最大容许尺寸Wmms减去摩擦搅拌接合时轴部37沿轴线O方向的热膨胀量AL而得到的尺寸相同的值。另外，T2的最大值可以根据第一轴肩部31和第二轴肩部34沿轴线O方向的厚度适当设定。
[0067]此外，摩擦搅拌接合时轴部37沿轴线O方向的热膨胀量Λ L是根据构成轴部37的材料的热膨胀系数、摩擦搅拌接合时接合部的温度(例如450°C?500°C )、常温时轴部37沿轴线O方向的尺寸即常温时第一轴肩面32和第二轴肩面35之间沿轴线O方向的间隔计算出的值。
[0068]如图1所示，横跨工具保持部20的第二端面27和工件W中第一部件Wl的表面或着第二部件W2的表面设置一对支撑部件40。该支撑部件40具有一端固定在工具保持部20的第二端面27上并朝向下方延伸的螺旋弹簧41 (施力部件)和一体地设置在该螺旋弹簧41的下端侧的滚轮42。
[0069]需要说明的是，代替螺旋弹簧41也可以采用例如橡胶等弹性体。
[0070]滚轮42具有固定在螺旋弹簧41的另一端上且在包含轴线O的截面上呈倒U形的滚轮支撑部43，和在该滚轮支撑部43的内侧绕与轴线O正交的旋转轴可旋转地配置并与工件W的表面抵接的滚轮主体44。
[0071]这种支撑部件40在两侧成对配置以便从与接合端面的延伸方向(使双轴肩搅拌头30扫描的方向)正交的水平方向夹着该双轴肩搅拌头30。
[0072]支撑部件40的螺旋弹簧41如图5所示，至少滚轮42的下端在轴线O方向上的位置在与第一轴肩面32 —致的状态和与第一涡槽33的底部一致的状态之间在轴线O方向上可伸缩。
[0073]其次，对该实施方式的作用进行说明。
[0074]如图1所示，在进行摩擦搅拌接合时，以夹入第一轴肩部31的第一轴肩面32和第二轴肩部34的第二轴肩面35之间的方式配置工件W。由此，从第一轴肩面32向工件W的表面赋予加压力的同时，从第二轴肩面35向工件W的背面赋予加压力。此时，在工件W的表面上配置支撑部件40的滚轮42。
[0075]然后，在该状态下，使双轴肩搅拌头30与工具保持部20 —同按照工具旋转方向R旋转时，在第一轴肩面32和工件W的表面之间以及第二轴肩面35和工件W的背面之间产生摩擦热而工件W被软化，通过由轴部37搅拌该软化部而进行摩擦搅拌接合。这样的摩擦搅拌接合是随着主体部10的移动，工具保持部20及双轴肩搅拌头30沿第一部件Wl及第二部件W2的接合端面的延伸方向进行扫描而依次进行的。此时，支撑部件40的滚轮42以抵接于工件W的表面的状态随着双轴肩搅拌头30的扫描而滚动，同时在工件W的表面上行进。
[0076]在此，工件W沿轴线O方向的尺寸，即作为工件W的第一部件Wl及第二部件W2的厚度在最大容许尺寸和最小容许尺寸之间具有偏差而设定。因此，在利用双轴肩搅拌头30进行摩擦搅拌的部位，随着双轴肩搅拌头30的扫描而产生板厚变动。
[0077]与之相对，在本实施方式的双轴肩搅拌头30中，因工件W的板厚变动而工件W的厚度大于第一轴肩面32和第二轴肩面35之间间隔的情况下，通过形成于这些第一轴肩面32和第二轴肩面35上的第一涡槽33和第二涡槽36刮除工件W的多余的厚度。
[0078]g卩，由于随着朝向轴线O的径向外侧而向工具旋转方向R前方侧延伸的第一涡槽33和第二涡槽36在双轴肩搅拌头30的外周侧即外周侧端边缘开口，因此，随着绕轴线O的旋转，工件W的一部分以侵入第一涡槽33或第二涡槽36内的方式被刮入。而且，这样刮入槽部内的被软化的工件W的一部分通过轴部37进行搅拌成为接合部，因此，在工件W不会产生极端的减薄。
[0079]另外，第一轴肩面32和第二轴肩面35之间沿轴线O方向的间隔Tl被设定为:从工件W沿上下方向的厚度的最小容许尺寸Wuis减去摩擦搅拌接合时轴部37沿轴线O方向的热膨胀量AL而得到的尺寸以下，因此，即使在工件W的板厚变动达到该工件W的厚度的最小容许尺寸的情况下，第一轴肩面32和第二轴肩面35分别处于与工件W抵接的状态。由此，第一轴肩面32和第二轴肩面35分别与工件W接触的面积没有大幅变化，所以能够使摩擦热对工件W输入的热量为恒定，从而能够避免在工件W的接合部位上发生热输入偏差。
[0080]另外，第一涡槽33和第二涡槽36的底部彼此之间沿轴线O方向的间隔T2被设定为:从工件W沿轴线O方向的厚度的最大容许尺寸Wmms减去摩擦搅拌接合时轴部37沿轴线O方向的热膨胀量Λ L而得到的尺寸以上，因此，即使在工件W的板厚变动达到该工件W的厚度的最大容许尺寸的情况下，也能够将该工件W的多余的厚度可靠地刮入槽部内。因此，工件W的表面不会被第一轴肩面32和第二轴肩面35削除，所以工件W不会产生极端的减薄。
[0081]这样，在本实施方式的双轴肩搅拌头30中，由于在第一涡槽33和第二涡槽36的深度范围内能够应对工件W的板厚变动，因此，即使在随着双轴肩搅拌头30的扫描而工件W产生了板厚变动的情况下，也能够容易地进行良好的接合。
[0082]另外，在本实施方式的摩擦搅拌接合装置100中，第一流体室28内和第二流体室29内的压力被控制为:即使在轴线O方向上使工具保持部20和主体部10进行相对位移的情况下，也能够使工具保持部20相对主体部10静止即，采用相对主体部10沿轴线O方向相对位移自如地支撑工具保持部20的浮动机构。
[0083]由此，在工件W发生板厚变动而从该工件W赋予双轴肩搅拌头30的压力发生变动的情况下，保持该双轴肩搅拌头30的工具保持部20沿轴线O方向自如地相对位移。因此，能够使双轴肩搅拌头30追随工件W的板厚变动所引起的起伏，从而能够对工件W实施更良好的接合。
[0084]另外，在工件W上发生板厚变动所引起的起伏时，抵接于该工件W的支撑部件40的螺旋弹簧41根据工件W的板厚变动而在轴线O方向上进行伸缩。由此，能够通过支撑部件40吸收工件W的板厚变动的同时，通过摩擦搅拌接合工具进行摩擦搅拌接合，因此，能够抑制对工件W产生的载荷变动，从而能够对该工件W实施更良好的接合。
[0085]需要说明的是，此时，优选将螺旋弹簧41的弹簧常数设定为:从随着支撑部件40中的螺旋弹簧41的压缩而由该螺旋弹簧41赋予工具保持部20的压缩力，减去由双轴肩搅拌头30的第一轴肩面32赋予工件W的表面的力所得的力的值为1kgf?50kgf的范围。由此，能够适宜地抑制由双轴肩搅拌头30施加给工件W的载荷的变动。
[0086]其次，参照图6对本发明的第二实施方式进行说明。在第二实施方式中，对于与第一实施方式相同的构成要素标注相同的符号并省略详细的说明。
[0087]该第二实施方式的双轴肩搅拌头30仅在第一轴肩面32上形成有第一涡槽33，在第二轴肩面35上未形成第二润槽36,这一点与第一实施方式不同。该双轴肩搅拌头30的第二轴肩面35形成与轴线O正交的平坦状。
[0088]在此，在本实施方式中，第一轴肩面32和第二轴肩面35之间沿轴线O方向的间隔Tl与第一实施方式相同，如上述(I)式所示，被设定为从工件W沿上下方向的厚度的最小容许尺寸Wuis减去摩擦搅拌接合时轴部37沿轴线O方向的热膨胀量Δ L而得到的尺寸以下。
[0089]另外，第一涡槽33的底部和第二轴肩面35之间沿轴线O方向的间隔T3如下述
(3)式所示，被设定为:从工件W沿轴线O方向的厚度的最大容许尺寸Wmms减去摩擦搅拌接合时轴部37沿轴线O方向的热膨胀量AL而得到的尺寸以上。
[0090]T3 彡 Wmms- AL...(3)
[0091]需要说明的是，更优选将上述间隔T3设定为:与从工件W沿轴线O方向的厚度的最大容许尺寸Wmms减去摩擦搅拌接合时轴部37沿轴线O方向的热膨胀量AL而得到的尺寸相同的值。另外，T3的最大值可以根据第一轴肩部31的厚度适当设定。
[0092]由此，也与第一实施方式相同，在工件W的板厚变动达到该工件W的厚度的最小容许尺寸的情况下，由于第一轴肩面32和第二轴肩面35分别与工件W抵接，因此，能够避免在工件W的接合部位发生热输入的偏差。
[0093]另外，即使在工件W的板厚变动达到该工件W的厚度的最大容许尺寸的情况下，也能够将该工件W的多余的厚度刮入槽部内。
[0094]因此，能够在槽部的深度范围内应对工件W的板厚变动，所以，即使在工件W发生板厚变动的情况下，也能够容易地进行良好的接合。
[0095]以上，对本发明的实施方式进行了详细的说明，但只要不脱离本发明的技术思想，则不限于此，也可以进行稍微的设计变更等。
[0096]例如，在第二实施方式中，仅在第一轴肩面32上形成第一涡槽33而将第二轴肩面35形成为平坦状，但也可以将第一轴肩面32形成为平坦状而在第二轴肩面35上形成第二涡槽36。在该情况下，与上述相同，即使工件W发生了板厚变动，也能够容易地进行良好的接合。
[0097]另外，在实施方式中，作为形成于第一轴肩面32和第二轴肩面35的槽部，以形成涡状的第一涡槽33和第二涡槽36为例进行了说明，但是槽部也未必形成为涡状。S卩，形成于第一轴肩面32和第二轴肩面35中至少一方的槽部只要至少在随着朝向外周侧而向工具旋转方向R前方侧延伸并在外周侧即外周侧端边缘开口即可，例如也可以形成为圆弧状或者直线状。该情况下，由于从外周侧将工件W刮入槽部内，所以也能够顺利地对应工件W的板厚变动。
[0098]需要说明的是，在实施方式中，说明了将第一部件Wl和第二部件W2的接合端面在该接合端面的整个延伸方向上进行接合的例子，但是也可以将摩擦搅拌接合装置100使用于例如点接合等局部的接合。
[0099]另外，第一轴肩面32和第二轴肩面35之间的间隔也可以在接合前根据工件W的厚度任意调整。
[0100]进而，在实施方式中，说明了第一轴肩面32和第二轴肩面35彼此平行的情况，但是，这些第一轴肩面32和第二轴肩面35也可以不平行，即也可以将第一轴肩面32和第二轴肩面35彼此倾斜地配置。
【权利要求】
1.一种摩擦搅拌接合方法，其特征在于，该摩擦搅拌接合方法使用摩擦搅拌工具，该摩擦搅拌工具具有:与成为对象的工件的表面抵接的第一轴肩面、与该第一轴肩面相对配置并抵接于所述工件的背面的第二轴肩面、将所述第一轴肩面与所述第二轴肩面之间的间隔固定并连接的轴部、形成在所述第一轴肩面和所述第二轴肩面中至少一个轴肩面上，并在所述第一轴肩面或者所述第二轴肩面上，随着朝向外周侧而向所述轴部绕轴线的工具旋转方向前方侧延伸并在外周侧端边缘开口的槽部，该摩擦搅拌工具通过向所述工具旋转方向旋转，对所述工件实施摩擦搅拌接合， 该摩擦搅拌接合方法包括:确定工件厚度的最小容许尺寸的工序， 摩擦搅拌接合工件的工序， 且工具厚度的最小容许尺寸通过以下公式(I)确定， Wlms^VAL (I) 需要说明的是，Wuis是工件厚度的最小容许尺寸,T1是所述第一轴肩面和所述第二轴肩面之间沿所述轴部的轴线方向的间隔，AL是摩擦搅拌接合时所述轴部沿所述轴线方向的热膨胀量。
2.一种摩擦搅拌接合方法,其特征在于,该摩擦搅拌接合方法使用摩擦搅拌工具,该摩擦搅拌工具具有:与成为对象的工件的表面抵接的第一轴肩面、与该第一轴肩面相对配置并抵接于所述工件的背面的第二轴肩面、将所述第一轴肩面与所述第二轴肩面之间的间隔固定并连接的轴部、形成在所述第一轴肩面和所述第二轴肩面中至少一个轴肩面上，并在所述第一轴肩面或者所述第二轴肩面上，随着朝向外周侧而向所述轴部绕轴线的工具旋转方向前方侧延伸并在外周侧端边缘开口的槽部，该摩擦搅拌工具通过向所述工具旋转方向旋转，对所述工件实施摩擦搅拌接合， 该摩擦搅拌接合方法包括:确定工件厚度的最大容许尺寸的工序， 摩擦搅拌接合工件的工序， 且工具厚度的最大容许尺寸通过以下公式(2)确定，
Wmb 彡 T3+Λ L (2) 需要说明的是，Wmms是工件厚度的最大容许尺寸，T3是所述槽部的底部与所述第一轴肩面和所述第二轴肩面中另一个轴肩面之间沿所述轴部的轴线方向的间隔，AL是摩擦搅拌接合时所述轴部沿所述轴线方向的热膨胀量。
3.一种摩擦搅拌接合方法,其特征在于,该摩擦搅拌接合方法使用摩擦搅拌工具,该摩擦搅拌工具具有:与成为对象的工件的表面抵接的第一轴肩面、与该第一轴肩面相对配置并抵接于所述工件的背面的第二轴肩面、将所述第一轴肩面与所述第二轴肩面之间的间隔固定并连接的轴部、形成在所述第一轴肩面和所述第二轴肩面这两个轴肩面上，并在所述第一轴肩面和所述第二轴肩面上，随着朝向外周侧而向所述轴部绕轴线的工具旋转方向前方侧延伸并在外周侧端边缘开口的槽部，该摩擦搅拌工具通过向所述工具旋转方向旋转，对所述工件实施摩擦搅拌接合， 该摩擦搅拌接合方法包括:确定工件厚度的最小容许尺寸的工序， 摩擦搅拌接合工件的工序， 且工具厚度的最小容许尺寸通过以下公式(3)确定， Wlms^VAL (3) 需要说明的是，Wuis是工件厚度的最小容许尺寸,T1是所述第一轴肩面和所述第二轴肩面之间沿所述轴部的轴线方向的间隔，AL是摩擦搅拌接合时所述轴部沿所述轴线方向的热膨胀量。
4.一种摩擦搅拌接合方法,其特征在于,该摩擦搅拌接合方法使用摩擦搅拌工具,该摩擦搅拌工具具有:与成为对象的工件的表面抵接的第一轴肩面、与该第一轴肩面相对配置并抵接于所述工件的背面的第二轴肩面、将所述第一轴肩面与所述第二轴肩面之间的间隔固定并连接的轴部、形成在所述第一轴肩面和所述第二轴肩面这两个轴肩面上，并在所述第一轴肩面和所述第二轴肩面上，随着朝向外周侧而向所述轴部绕轴线的工具旋转方向前方侧延伸并在外周侧端边缘开口的槽部，该摩擦搅拌工具通过向所述工具旋转方向旋转，对所述工件实施摩擦搅拌接合， 该摩擦搅拌接合方法包括:确定工件厚度的最大容许尺寸的工序， 摩擦搅拌接合工件的工序， 且工具厚度的最大容许尺寸通过以下公式(4)确定， Wms^VAL ⑷ 需要说明的是，Wmms是工件厚度的最大容许尺寸，T2是所述第一轴肩面与所述第二轴肩面中的所述槽部的底部彼此之间沿所述轴部的轴线方向的间隔，AL是摩擦搅拌接合时所述轴部沿所述轴线方向的热膨胀量。
【文档编号】B23K20/12GK104227223SQ201410341400
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2012年1月18日 优先权日:2011年5月27日
【发明者】加藤庆训, 佐藤广明 申请人:三菱重工业株式会社