CN107708911A - 摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法 - Google Patents

Abstract

一种摩擦搅拌接合装置，具备：在探头(2)的基端侧外周具备固定式轴肩(3)的摩擦搅拌接合用具(1)；使摩擦搅拌接合用具(1)相对于工件(W1、W2)之间的角落部(c)相对移动的主轴定位机构；其控制装置；以及在摩擦搅拌接合时对通过探头(2)搅拌工件(W1、W2)的素材的搅拌区域(s)供给填料的填料供给部。在使探头(2)没入角落部(c)并进行摩擦搅拌接合时，通过控制装置，使固定式轴肩(3)保持在相对于工件(W1、W2)的面隔开间隙(4)的位置。

Description

摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法

技术领域

本公开涉及用于工件彼此的摩擦搅拌接合的摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法。

本申请基于在日本于2015年5月18日申请的日本特愿2015-101210号来主张优先权，并将其内容援引于此。

背景技术

作为在实施摩擦搅拌接合的情况下使用的摩擦搅拌接合用具(摩擦搅拌接合用工具)，已知具备与探头一体地旋转的旋转式轴肩(shoulder)的形式、以及具备旋转的探头和非旋转的固定式轴肩的形式。

作为具备固定式轴肩的摩擦搅拌接合用具，已知为了将应接合的工件彼此的角落部(内转角部)摩擦搅拌接合，具有固定式轴肩，该固定式轴肩具备与角落部的两个工件表面抵接的面(例如，参照专利文献1)。

另外，一直以来还提案有在进行利用具备固定式轴肩的摩擦搅拌接合用具进行的角落部的摩擦搅拌接合时，加入填料，以在接合之后的角落部形成填角(堆积部)的称为AdStir的手法(例如，参照非专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-320128号公报。

非专利文献

非专利文献1：福田哲夫、角张隆男，“TWIの最新FSWプロセス開発状況とパテント情報”，《焊接技术》，产报出版株式会社，2011年6月，59卷，6号，p.57-60。

发明内容

发明要解决的问题

但是，关于利用具备固定式轴肩的摩擦搅拌接合用具一边加入填料一边进行的摩擦搅拌接合，近年来得知，例如，在将铝制的工件彼此的角落部作为接合对象的情况下，在接合的长度像米级那样比较长的情况下，存在在所形成的填角的表面产生皲裂等缺陷的情况。

经过本发明人的研究，推测，此种缺陷是在摩擦搅拌接合时，通过探头而被软化以及搅拌的工件的素材以及填料的素材有时附着于固定式轴肩，且该附着物摩擦填角的表面而产生的。

因此，本公开的目的在于，提供一种在利用具备固定式轴肩的摩擦搅拌接合用具，一边加入填料一边对工件彼此的接合部进行摩擦搅拌接合时，能够抑制在沿接合部形成的填角的表面产生缺陷的情况的摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，为本公开所涉及的第一实施方式的摩擦搅拌接合装置，具备：摩擦搅拌接合用具，其在能够旋转驱动的探头的基端侧的外周具备固定式轴肩；移动部，其使摩擦搅拌接合用具相对于工件之间的接合部，在沿着接合部的方向上相对移动；移动部的控制装置；以及填料供给部，其在接合部的摩擦搅拌接合时对通过探头搅拌的搅拌区域供给填料，控制装置具备在接合部的摩擦搅拌接合时，将使探头没入接合部的摩擦搅拌接合用具的固定式轴肩保持在相对于工件的面隔开间隙的位置的功能。

发明效果

根据本公开的摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法，在利用具备固定式轴肩的摩擦搅拌接合用具，一边加入填料一边对工件彼此的接合部进行摩擦搅拌接合时，能够抑制在沿接合部形成的填角的表面产生缺陷的情况。

附图说明

图1A是用于说明摩擦搅拌接合方法的图，且是基于摩擦搅拌接合的接合部位的概要截断侧视图。

图1B是用于说明摩擦搅拌接合方法的图，且是图1A的A-A方向向视图。

图2是示出摩擦搅拌接合装置的第一实施方式的概要截断侧面图。

图3是第一实施方式的摩擦搅拌接合装置的部分截断概要正视图。

图4A是在第一实施方式的摩擦搅拌接合装置中使用的摩擦搅拌接合用具的正视放大图。

图4B是在第一实施方式的摩擦搅拌接合装置中使用的摩擦搅拌接合用具的侧视放大图。

图4C是在第一实施方式的摩擦搅拌接合装置中使用的摩擦搅拌接合用具的后视放大图。

图5A是第一实施方式的摩擦搅拌接合装置中的填料供给部放大侧视图。

图5B是为第一实施方式的摩擦搅拌接合装置中的填料供给部的放大侧视图的图5A的B-B方向向视图。

图6A是示出摩擦搅拌接合装置的第二实施方式的，填料供给部的其他例子的概要图。

图6B是示出摩擦搅拌接合装置的第二实施方式的，填料供给部的又一其他例子的概要图。

图7A是示出基于以往的摩擦搅拌接合的接合部的照片。

图7B是示出基于本公开中的摩擦搅拌接合的接合部的照片。

具体实施方式

参照附图说明本公开的摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法。

[摩擦搅拌接合方法]

首先，参照图1A、图1B来概述本公开的摩擦搅拌接合方法。

本公开的摩擦搅拌接合方法如图1A、图1B所示，使用为具备探头2和固定式轴肩3的形式的摩擦搅拌接合用具1。在进行摩擦搅拌接合时，摩擦搅拌接合用具1使探头2在旋转驱动状态下没入工件W1、W2之间的接合部，例如，在图1中为角落部c，以在探头2的周围形成工件W1、W2的素材的搅拌区域s。此时，固定式轴肩3在与各工件W1、w2的面P1、P2之间隔开间隔4地配置，在使探头2沿角落部c移动以进行摩擦搅拌接合的施工期间，始终保持该间隙4。

而且，在摩擦搅拌接合的施工中，对搅拌区域s供给填料5。该填料5的供给量在摩擦搅拌接合进行了某单位长度时，与在摩擦搅拌接合之后形成于角落部c的，在图1B中用单点划线示出的，每相同的单位长度的，根据填角(堆积物)6的截面形状通过几何学方法求得的填角6的体积相比大。

通过该填料5的供给，在摩擦搅拌接合的施工之中，在搅拌区域s中通过探头2软化以及搅拌工件W1、W2的素材以及填料5的素材，通过将工件W1、W2的素材以及填料5的素材混合的软化物7(以下，称为素材软化物7)，形成填角6。同时，使剩余的量的素材软化物7在保持软化的状态下流入间隙4。由此，在摩擦搅拌接合时，在相对于工件W1、W2相对移动的固定式轴肩3和工件W1、W2的与固定式轴肩3相向的面P1、P2之间，形成素材软化物7的层。

[第一实施方式]

图2是示出摩擦搅拌接合装置的第一实施方式的概要截断侧视图，图3是部分截断概要正视图。图4A～图4C是将本实施方式中的摩擦搅拌接合用具放大的图，图4A是正视图，图4B是截断侧视图，图4C是后视图。图5A以及图5B是本实施方式中的填料供给部的放大图，图5A是侧视图，图5B是图5A的B-B方向向视图。

此外，对与图1A、图1B相同的部分附以相同的符号并省略其说明。

本实施方式的摩擦搅拌接合装置8如图2、图3所示，具备：具备探头2以及固定式轴肩3的摩擦搅拌接合用具1；具有探头2的旋转驱动装置10，且安装在摩擦搅拌接合用具1的成为前端侧的的第一端侧的主轴单元9；与主轴单元9一同使摩擦搅拌接合用具1相对于工件W1、W2之间的角落部c相对移动的3轴型的门型主轴定位机构(移动部)11；该主轴定位机构11的控制装置12；以及在角落部c的摩擦搅拌接合时对工件W1、W2的素材的搅拌区域s供给填料5的填料供给部13。

此外，在进行角落部c的摩擦搅拌接合时，相对于角落部c使摩擦搅拌接合用具1相对地行进的方向(在图1A、图2中为右方向)在以下称为摩擦搅拌接合行进方向。

摩擦搅拌接合用具1如图4A～图4C所示，具备能够旋转驱动的探头2、以及在探头2的基端侧的外周配置的固定式轴肩3。

探头2配置为轴心方向与工件W1、W2之间的角落部c的角度的二等分线平行的角度姿势。在本实施方式中，角落部c为直角，工件W1、W2都从铅垂方向倾斜各45度。因此，探头2的轴心相对于工件W1、W2双方倾斜45度，沿铅垂方向配置。

固定式轴肩3的靠近探头2的前端地配置的端部是具备两个工件相向面14a、14b的山形(V字形状)，这两个工件相向面14a、14b与隔着角落部c的两侧的各个工件W1、W2的面P1、P2相向地配置。而且，在成为通过工件相向面14a、14b形成的山形的顶部的部分，如图4A、图4B所示，与探头2相比在摩擦搅拌接合行进方向的前侧，设有空隙形成用切口部15，空隙形成用切口部15在工件W1、W2的面P1、P2之间形成用于***填料5的空隙16。此外，在图4A中，虽然示出了空隙16是摩擦搅拌接合行进方向的垂直的截面为直角等边三角形形状的例子，但如果能够将填料5***，则不限于与填料5的截面对应的形状等图示的形状。

另一方面，如图4B、图4C所示，在成为固定式轴肩3的山形的顶部的部分中，与探头2相比在摩擦搅拌接合行进方向的后侧，以在接合之后的角落部c形成期望的截面形状的填角6的方式，设有以与期望的截面形状对应的形状切口的填角形成用切口部17。在本实施方式中，由于填角6为直角等边三角形的截面，故填角形成用切口部17的切口形状也是与其对应的形状。因而，例如，在于接合之后的角落部c形成具有R(曲面)的形状的填角6的情况下，填角形成用切口部17具有与具有曲面的填角6的截面形状对应的形状即可。

摩擦搅拌接合用具1如图2、图3所示，安装于主轴单元9的前端侧。在该状态下，固定式轴肩3由主轴单元9在旋转受到阻止的状态下保持，探头2能够通过旋转驱动装置10来旋转驱动。

主轴定位机构11如图2以及图3所示，在架台18上，具备载置为接合对象的工件W1、W2并使其沿角落部c延伸的方向移动的X轴台19。

而且，在架台18上，设置有跨过X轴台19的门型框架20，在门型框架20，安装有主轴单元9的铅垂方向(Z轴方向)的位置控制用的Z轴台21。在Z轴台21，安装有关于主轴单元9，进行与X轴台19的移动方向(以下，称为X轴方向)成直角的水平方向(以下，称为Y轴方向)的位置控制的Y轴台22。主轴单元9在配置在X轴台19上方的状态下安装于Y轴台22。

X轴台19具备：以沿X轴方向延伸的方式设于架台18上的引导轨道23、作为水平的平板状经由引导块24滑动自如地安装于引导轨道23的移动台25、以及使移动台25沿引导轨道23的长度方向移动的作为X轴方向的直线运动机构的滚珠丝杠机构26。

滚珠丝杠机构26具备伺服马达等驱动马达27、安装于其输出侧的减速机28、连结在减速机28输出侧的丝杠轴29、以及安装于丝杠轴29的螺母部件30。

而且，滚珠丝杠机构26在丝杠轴29与引导轨道23平行地延伸的姿势下设置于架台18上的与移动台25之间，螺母部件30经由安装部件31安装于移动台25。

由此，X轴台19在滚珠丝杠机构26中，通过驱动马达27经由减速机28使丝杠轴29进行旋转驱动，另外通过切换其旋转方向，能够使移动台25与螺母部件30一起沿X轴方向往复移动。此时，X轴台19能够基于驱动马达27的旋转量的检测信号、或是通过线性计、位移传感器等未图示的位置检测部检测的螺母部件30、移动台25的位置检测信号，来控制载置在移动台25的上侧而保持的工件W1、W2的位置、移动速度。

在移动台25的上侧，设有遍布全长对应该接合的工件W1和工件W2进行保持的夹具32。夹具32例如如图4A所示，在上表面侧具备V字状的槽33，在该槽33的两个斜面，以在将另一个工件W2的端面推顶一个工件W1的端缘的姿势下载置各个工件W1、W2。

而且，夹具32在各斜面的上端侧，具备沿X轴方向排列的多个按压部件34，通过该按压部件34来将各工件W1、W2推顶并固定于槽33的内侧。由此，工件W1、W2彼此之间的角落部c的位置由夹具32遍布X轴方向的全长保持。

夹具32进行的工件W1、W2的保持是通过即使在摩擦搅拌接合时，用于使摩擦搅拌接合用具1的探头2没入角落部c的Z轴方向的推压载荷、以及使没入了角落部c的状态的探头2沿角落部c的长度方向移动时的X轴方向的载荷作用，在工件W1、W2中也不产生偏离那样的保持力来进行的。

此外，在图4A中，虽然例示了工件W1和工件W2的角落部c为角接头的情况，但是成为接合部的角落部c还可以是T字接头、搭接接头、十字接头。在这些情况下，与在隔着角落部c工件W1和工件W2的面P1、P2都以变为倾斜面的方式配置时的工件W1和工件W2的姿势对应地适当地变更夹具32的形状即可。

另外，夹具32还可以以隔着角落部c的工件W1的面P1和工件W2的面P2都从铅垂方向以相等的倾斜角度倾斜的姿势得到保持。但是，根据通过工件W1和工件W2形成角落部c时的接头的形状、配置，夹具32还可以以工件W1的面P1和工件W2的面P2相对于铅垂方向为互不相同的倾斜角度的状态得到保持。

Z轴台21如图2、图3所示，具备设置于门型框架20的铅垂方向(Z轴方向)的引导轨道35、作为沿着与X轴方向垂直的铅垂面的平板状且通过引导块36滑动自如地安装于引导轨道35的移动台37、以及作为使移动台37沿引导轨道35的长度方向移动的Z轴方向的直线运动机构的滚珠丝杠机构38。

滚珠丝杠机构38具备伺服马达等驱动马达39、安装于其输出侧的减速机40、连结在减速机40输出侧的丝杠轴41、以及安装于丝杠轴41的螺母部件42。

而且，滚珠丝杠机构38在丝杠轴41与引导轨道35平行地延伸的姿势下设置于门型框架20的Z轴台21的设置侧的面上的与移动台37之间，螺母部件42经由测压元件44和安装部件43安装于移动台37。

由此，Z轴台21在滚珠丝杠机构38中，通过驱动马达39经由减速机40使丝杠轴41进行旋转驱动，另外通过切换其旋转方向，能够使移动台37与螺母部件42一起沿为Z轴方向的上下方向往复移动。此时，Z轴台21能够基于驱动马达39的旋转量的检测信号、或是通过线性计、位移传感器等未图示的位置检测部检测的螺母部件42、移动台37的位置检测信号，来如后所述地控制经由Y轴台而被保持在移动台37上的主轴单元9以及摩擦搅拌接合用具1的上下方向的位置。

而且，Z轴台21能够基于测压元件44的检测信号，检测在摩擦搅拌接合的实施时被摩擦搅拌接合用具1赋予的朝向角落部c的方向的推压载荷。

另外，虽未图示，但Z轴台21还可以将对移动台37的自重、以及与移动台37一起上下移动的部件的重量进行支撑的重力补偿机构(也称为自重补偿机构、重力补偿机构)安装在门型框架20与移动台37之间。根据该构成，通过测压元件44，能够直接地检测被摩擦搅拌接合用具1赋予的对角落部c的推压载荷。

Y轴台22如图2、图3所示，具备设置于Z轴台21的移动台37的Y轴方向的引导轨道45、作为沿着与X轴方向垂直的铅垂面的平板状且通过引导块46滑动自如地安装于引导轨道45的移动台47、以及作为使移动台47沿引导轨道45的长度方向移动的Y轴方向的直线运动机构的滚珠丝杠机构48。

滚珠丝杠机构48具备伺服马达49、连结于其输出侧的丝杠轴50、以及安装于丝杠轴50的螺母部件51。

而且，滚珠丝杠机构48在丝杠轴50与引导轨道45平行地延伸的姿势下设置于移动台37与移动台47之间，螺母部件51经由安装部件52安装于移动台47。主轴单元9安装于移动台47。

由此，Y轴台22在滚珠丝杠机构48中，通过驱动马达49使丝杠轴50进行旋转驱动，另外通过切换其旋转方向，能够使移动台47与螺母部件51一起沿Y轴方向往复移动。此时，Y轴台22能够基于驱动马达49的旋转量的检测信号、或是通过线性计、位移传感器等未图示的位置检测部检测的螺母部件51、移动台47的位置检测信号，来控制被移动台47保持的主轴单元9以及摩擦搅拌接合用具1的Y轴方向的位置。

主轴定位机构11的控制装置12具备通过Z轴台21和Y轴台22的控制，关于安装于主轴单元9的摩擦搅拌接合用具1，在与工件W1、W2之间的角落部c延伸的方向垂直的面内控制上下方向以及水平方向的位置的功能。

控制装置12具备通过X轴台19的控制，控制经由夹具32而被保持在移动台25上的工件W1、W2的角落部c的X轴方向位置的功能。

另外，控制装置12通过主轴单元9的旋转驱动装置10的控制来控制探头2的旋转驱动。

在进行摩擦搅拌接合时，控制装置12首先如图2所示，通过X轴台19的控制，对工件W1、W2的角落部c，以设定于其长度方向第一端(一端)侧(在图1中为左端侧)的摩擦搅拌接合的始端侧位于主轴单元9下方的方式进行配置。接着，在上述状态下，控制装置12开始旋转驱动装置10进行的探头的旋转驱动，通过Y轴台22和Z轴台21的控制，使探头2没入角落部c。接着，控制装置12开始X轴台19的移动台25的移动，使探头2沿着工件W1、W2之间的角落部c相对地移动，以实施角落部c的摩擦搅拌接合。之后，如果探头2到达了设定在角落部c的长度方向第二端(另一端)侧(在图1中为右端侧)的摩擦搅拌接合的终端侧，那么控制装置12在使移动台25停止之后，控制Z轴台21，将探头2从角落部c中抽出。

而且，控制装置12在如上所述地实施摩擦搅拌接合期间，具备通过Z轴台21的控制，将摩擦搅拌接合用具1的固定式轴肩3的位置如图1B所示地保持为在与工件W1、W2的面P1、P2之间隔开间隙4的位置的功能。

为了将固定式轴肩3保持在该形成间隙4的位置，例如，控制装置12基于被X轴台19保持的工件W1、W2的面P1、P2的位置信息，将从面P1、P2隔开期望间隙4的位置作为目标位置，控制固定式轴肩3的位置即可。

另外，在使探头2没入角落部c时，与通过Z轴台21赋予探头2的推压载荷的大小对应地，探头2的没入量增减。另外，在探头2没入了角落部c的状态下，基于探头2和固定式轴肩3的已知的位置关系，了解固定式轴肩3的工件相向面14a、14b和工件W1、W2的面的距离。因而，控制装置12还可以通过控制在使探头2没入角落部c的状态下通过测压元件44检测到的探头2的推压载荷来将固定式轴肩3保持为在与工件W1、W2的面P1、P2之间形成了期望间隙4的位置。

间隙4的尺寸的下限以及上限设定为通过探头2而被软化以及搅拌的素材软化物7在保持软化的状态下流入间隙4，且能够在固定式轴肩3的工件相向面14a、14b和工件W1、W2的面P1、P2之间填充间隙4的尺寸范围。

也就是说，被探头2搅拌的素材软化物7虽然具有流动性，但毕竟是固体，而非液体。因而，在间隙4过小的情况下，素材软化物流入间隙4时的阻力大，在该情况下，素材软化物7无法扩散到间隙4。因此，间隙4的尺寸的下限依赖于素材软化物7的流动性的大小。在工件W1、W2和填料5的素材为铝(铝合金)的情况下，间隙4的尺寸优选为设定为0.1mm以上。

另一方面，间隙4的尺寸的上限如下决定。

为了进入间隙4的素材软化物7在具有流动性的状态下扩张至间隙4整体，通过旋转的探头2而产生的热量(摩擦热)需要在能够维持软化状态的温度条件下传递至进入间隙4的素材软化物7整体。

探头2产生的热量的量依赖于探头2的构造、转速、对角落部c的没入量、相对于角落部c的相对移动速度等摩擦搅拌接合的施工条件。因此，在摩擦搅拌接合的施工时，能够通过利用探头2产生的热量来软化的素材软化物7的量(体积)与其素材的性质、传热特性等对应地存在上限。因而，用于形成填角6的素材软化物7的剩余量的素材软化物7能够流入以及扩张的间隙4的容量的上限也确定。因此，将该间隙4的容积的上限值除以固定式轴肩3的工件相向面14a、14b的面积，确定间隙4的尺寸的上限值。

另外，在摩擦搅拌接合之后，进入了间隙4的素材软化物7固化了的物体变为从工件W1、W2的面P1、P2突出的状态。因此，根据工件W1、W2的种类，存在期望抑制对在该面P1、P2形成的突出部分的应力集中的情况，还可以基于该观点来设定间隙4的尺寸的上限值。

如果间隙4的尺寸如此确定，那么间隙4的与摩擦搅拌接合行进方向有关的每单位长度的容积确定。因而，前述填料5的供给量以大于等于对在角落部c形成的填角6的每单位长度的体积，加上了间隙4的与摩擦搅拌接合行进方向有关的每单位长度的容积量之后的量的方式设定。

填料供给部13是例如将如图1A所示的那样的线状的填料5，穿过通过图4A、图4B所示的固定式轴肩3的空隙形成用切口部15在工件W1、W2之间形成的空隙16，供给到搅拌区域s的部分。

因此，如图2所示，填料供给部13具备在主轴单元9的下端侧(前端侧)，以与摩擦搅拌接合用具1的安装部位相比为摩擦搅拌接合行进方向的前方的配置设置的托架53。

在托架53的下侧，如图5A、图5B所示，配置有对从上方按压填料5的辊54进行保持的框架55。在框架55的上侧，竖立设置有沿上下方向延伸的多根，例如，两根引导杆56，该引导杆56从下方贯穿***在托架53设置的上下方向的引导孔(未图示)，且在上端侧安装有防脱部件57。在框架55的上表面和托架53的下表面之间的引导杆56的外周，嵌有作为加压部的弹簧58。

如果填料供给部13在摩擦搅拌接合时，在沿着与摩擦搅拌接合用具1相比位于摩擦搅拌接合行进方向前侧的角落部c预先配置有填料5的状态下，使主轴单元9下降以使探头2接近角落部c，则辊54从上方接触填料5。如果从该状态开始，使主轴单元9进一步向下方移动至探头2没入角落部c的位置，那么在辊54的框架55、以及托架53之间，弹簧58收缩，通过该收缩的弹簧58的复原力，能够相对于填料5从上方推顶辊54以加压。

此外，加压部虽然例示了弹簧58，但是，是能够对辊54赋予朝向填料5的方向的推顶力的部件即可，可以采用气体弹簧、液压缸等其他任意形式的加压部，而且，还可以采用促动器那样的主动地产生加压力的加压部。

由此，填料5固定于角落部c。在该状态下，如果摩擦搅拌接合用具1进行的角落部c的摩擦搅拌接合进行，那么填料5被固定式轴肩3的空隙形成用切口部15与工件W1、W2的面P1、P2之间形成的空隙16引导，并被导入搅拌区域s。

而且，填料供给部13在对搅拌区域s供给的填料5的前端侧，沿与供给方向垂直的方向施加至少1MPa以上的压力。

在本实施方式中，填料5在被角落部c压住的状态下，随着摩擦搅拌接合用具1进行的角落部c的摩擦搅拌接合的进行，被相对地供给到搅拌区域s。因而，在本实施方式中，在填料5和角落部c两侧的工件W1、W2的面P1、P2之间产生的摩擦力(最大摩擦力)为施加于成为摩擦面的面P1以及P2的压力、面P1以及P2的面积以及摩擦系数之积，同时，为施加于填料5的前端侧的压力与填料5的截面积之积。因此，为了在填料5的前端侧沿与填料5的供给方向垂直的方向施加至少1MPa以上的压力，考虑填料5和面P1、P2的摩擦系数，设定通过辊54对填料5加压时的加压力。此外，施加于对搅拌区域s供给的填料5的前端侧的压力的上限根据从填料5的通过辊54而被按压的位置到前端的压曲强度来确定。

在本实施方式中，填料5固定于角落部c。因此，为了获得前述填料5的供给量，填料5的截面积以为对在角落部c形成的填角6的截面积加上了间隙4的与摩擦搅拌接合行进方向垂直的截面处的截面积之后的面积以上的方式设定。

以上，根据本实施方式的摩擦搅拌接合装置8，在使摩擦搅拌接合用具1的探头2没入工件W1、W2之间的角落部c之后，使探头2沿角落部c移动，从而对工件W1、W2的角落部c进行摩擦搅拌接合。

此时，摩擦搅拌接合用具1的固定式轴肩3相对于工件W1、W2的面P1、P2不接触。而且，由于在固定式轴肩3的工件相向面14a、14b和工件W1、W2的面P1、P2之间的间隙4中存在素材软化物7，故抑制了素材软化物7固化后的物体附着并积累在固定式轴肩3的情况。另外，即使素材软化物7固化后的物体附着于固定式轴肩3，也能够防止该附着物摩擦填角6的表面。

因而，根据本实施方式的摩擦搅拌接合装置，在对为工件W1、W2彼此的接合部的角落部c，利用具备固定式轴肩3的摩擦搅拌接合用具1一边添加填料5一边进行摩擦搅拌接合时，能够抑制在形成于角落部c的填角6的表面产生缺陷的情况。

[第二实施方式]

图6是示出摩擦搅拌接合装置的第二实施方式的图，图6A、图6B都是示出填料供给部的其他例子的概要图。

此外，在图6A、图6B中，对与在第一实施方式中示出的部件相同的部件附以相同的符号并省略其说明。

图6A所示的填料供给部13a是在与第一实施方式的填料供给部13同样的构成中，将作为旋转驱动部的驱动马达59连接于辊54的填料供给部。此外，虽然在图6A中简化示出，但实际上，在驱动马达59和辊54之间，具备齿轮、链条、链轮等传递旋转驱动力的动力传递机构。

依据驱动马达59的辊54的旋转驱动方向为图6A中的顺时针方向，辊54以辊54从上方推顶的填料5被向朝往摩擦搅拌接合用具1的方向送出的方式对填料5赋予驱动力。

根据该填料供给部13a，通过对辊54进行旋转驱动，能够主动地对搅拌区域s供给填料5。

图6B所示的填料供给部13b在与第一实施方式的填料供给部13同样的构成中，与辊54相比在摩擦搅拌接合行进方向的前侧，具备填料5的送出部60。

送出部60例如具备为隔着填料5的配置的一对送出辊61、以及对各送出辊61沿相互相向的方向进行旋转驱动的未图示的旋转驱动部。依据送出辊61的填料的送出方向为图6B中的朝左方向，送出辊61以填料5被向朝往摩擦搅拌接合用具1的方向送出的方式对填料5赋予驱动力。

根据该填料供给部13b，能够将通过送出部60送出的填料5一边通过辊54进行引导一边主动地供给到搅拌区域s。

此外，在图6A、图6B中的任一情况下，填料供给部13a、13b在对搅拌区域s供给的填料5的前端侧，沿与供给方向垂直的方向施加至少1MPa以上的压力。

因而，根据图6A、图6B的填料供给部13a、13b，能够使用与对在角落部c形成的填角6的截面积加上了间隙4的在与摩擦搅拌接合行进方向垂直的截面中的截面积的值相比，截面积小的填料5。因而，在使第一实施方式的填料5的供给量为既定量的情况下，能够使第二实施方式中的填料5的供给量与上述既定量同等或者大于等于其。

在图7A中示出依据以往的摩擦搅拌接合的接合部的照片，在图7B中示出依据本公开的摩擦搅拌接合的接合部的照片。根据图7A可知，因为在工件W1和工件W2之间未形成间隙4，或者填料5的供给不足，在摩擦搅拌接合导致的接合部产生了多个缺陷。另一方面，根据图7B可知，因为本公开的摩擦搅拌接合导致的接合部在工件W1和工件W2之间形成了间隙4，或者填料5的供给量充分，未形成缺陷。

此外，填料5虽然作为截面形状为圆的填料示出，但是还可以使用方截面、其他任意的截面形状的填料。另外，填料5虽然作为线状的填料说明，但还可以是棒状。

另外，本公开不仅仅限定于上述各实施方式。在第一实施方式中，填料供给部13示出了将填料5固定于角落部c，该填料5随着摩擦搅拌接合用具1的进行而相对地被供给到搅拌区域s的填料供给部，但是还可以产生填料5通过存在于探头2、探头2的周围形成的搅拌区域s的素材软化物7，沿摩擦搅拌接合行进方向被推回的现象。在该情况下，即使填料5被推回，以填料5的供给量为前述既定量的方式，使用截面积超过对在角落部c形成的填角6的截面积加上间隙4的与摩擦搅拌接合行进方向垂直的截面处的截面积之后的面积的填料5即可。

在第一实施方式中，虽然示出成为摩擦搅拌接合的接合对象的工件W1、W2在工件W2的端面接触工件W1的端缘的状态下配置，但还可以在工件W1和工件W2之间形成间隙。在该情况下，使夹具32对工件W1、W2在隔开间隔地配置的状态下进行保持，并在该状态下实施摩擦搅拌接合即可。另外，在该情况下，由于素材软化物7进入工件W1、W2之间，因而根据估计进入该间隙的量的量来决定填料的供给量。

本公开的摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法虽然说明了工件W1、W2在角落部c朝上方打开的姿势下配置的状态摩擦搅拌接合的情况下的例子，但工件W1、W2之间的角落部c可以是任意方向。在该情况下，将使工件W1、W2之间的角落部c延伸的方向作为X轴，并且在与其垂直的面内设定Y轴和Z轴的三维直角坐标系的方向与工件W1、W2的姿势配合地配置即可。

另外，本公开的摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法还可以适用于，对通过第一工件和相对于第一工件的面P1以相交的角度姿势与端缘接触地配置的第二工件，在隔着第二工件的两侧形成的角落部c，通过分别配置在第二工件两侧的两个摩擦搅拌接合用具来进行摩擦搅拌接合的情况。

而且，本公开的摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法例如还可以适用于使平板状的工件的端部彼此对顶的接合部的摩擦搅拌接合。在该情况下，作为摩擦搅拌接合用具，使用具备固定式轴肩的摩擦搅拌接合用具，该固定式轴肩具有平坦的工件相向面。在该摩擦搅拌接合中，由于不存在填角6，因而填料5的供给量设定为大于等于对在各工件彼此的对顶部位形成的空隙的填充所需的体积，加上了用于填充相对于各工件的表面隔开间隙地配置固定式轴肩时的间隙4所需的体积之后的量即可。

作为用于使摩擦搅拌接合用具1与主轴单元9一同在沿着角落部的方向上相对于工件W1、W2的角落部c相对移动的移动部，例示了固定对主轴单元9进行支撑的门型框架20，并使工件W1、W2移动的形式的主轴定位机构11。但是，例如，还可以采用固定工件W1、W2，并使跨过其上方的门型框架20为移动式等的，图示之外的任意形式的移动部。

此外还可以在不脱离本发明主旨的范围内加以各种变更。

产业上的利用可能性

根据本公开的摩擦搅拌接合装置以及摩擦搅拌接合方法，在利用具备固定式轴肩的摩擦搅拌接合用具，一边加入填料一边对工件彼此的接合部进行摩擦搅拌接合时，能够抑制在沿接合部形成的填角的表面产生缺陷的情况。

符号说明

1 摩擦搅拌接合用用具

2 探头

3 固定式轴肩

4 间隙

5 填料

6 填角

11 主轴定位机构(移动部)

12 控制装置

13 填料供给部

15 空隙形成用切口部

16 空隙

17 填角形成用切口部(切口部)

W1、W2 工件

P1、P2 面

c 角落部(接合部)

s 搅拌区域。

Claims (10)

1.一种摩擦搅拌接合装置，具备：

摩擦搅拌接合用具，其在能够旋转驱动的探头的基端侧的外周具备固定式轴肩；

移动部，其使所述摩擦搅拌接合用具相对于工件之间的接合部，在沿着该接合部的方向上相对移动；

所述移动部的控制装置；以及

填料供给部，其在所述接合部的摩擦搅拌接合时对通过所述探头搅拌的搅拌区域供给填料，

所述控制装置具备在所述接合部的摩擦搅拌接合时，将使所述探头没入所述接合部的所述摩擦搅拌接合用具的所述固定式轴肩保持在相对于所述工件的面隔开间隙的位置的功能。

2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，所述填料供给部相对于所述摩擦搅拌接合用具配置在摩擦搅拌接合行进方向的前侧。

3.根据权利要求2所述的摩擦搅拌接合装置，所述填料供给部在对所述搅拌区域供给的所述填料的前端侧，沿与供给方向垂直的方向施加至少1MPa以上的压力。

4.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，

所述工件之间的接合部是角落部，

所述填料供给装置以大于等于对在所述角落部形成的填角的每单位长度的体积，加上了所述间隙的与摩擦搅拌接合行进方向有关的每单位长度的容积量之后的量的供给量供给所述填料。

5.根据权利要求2所述的摩擦搅拌接合装置，

所述工件之间的接合部是角落部，

所述填料供给装置以大于等于对在所述角落部形成的填角的每单位长度的体积，加上了所述间隙的与摩擦搅拌接合行进方向有关的每单位长度的容积量之后的量的供给量供给所述填料。

6.根据权利要求3所述的摩擦搅拌接合装置，

所述工件之间的接合部是角落部，

所述填料供给装置以大于等于对在所述角落部形成的填角的每单位长度的体积，加上了所述间隙的与摩擦搅拌接合行进方向有关的每单位长度的容积量之后的量的供给量供给所述填料。

7.根据权利要求4所述的摩擦搅拌接合装置，

在所述摩擦搅拌接合用具的固定式轴肩中，

靠近所述探头的前端配置的端部为山形，所述山形具备与隔着所述角落部的两个工件的面相向地配置的两个工件相向面，

在该山形的顶部的与探头相比摩擦搅拌接合行进方向的前侧，具备在与所述工件的面之间形成空隙的空隙形成用切口部，

在所述山形的顶部的与探头相比摩擦搅拌接合行进方向的后侧，具备与所述填角的截面形状对应的切口部。

8.根据权利要求5所述的摩擦搅拌接合装置，

在所述摩擦搅拌接合用具的固定式轴肩中，

靠近所述探头的前端配置的端部为山形，所述山形具备与隔着所述角落部的两个工件的面相向地配置的两个工件相向面，

在该山形的顶部的与探头相比摩擦搅拌接合行进方向的前侧，具备在与所述工件的面之间形成空隙的空隙形成用切口部，

在所述山形的顶部的与探头相比摩擦搅拌接合行进方向的后侧，具备与所述填角的截面形状对应的切口部。

9.根据权利要求6所述的摩擦搅拌接合装置，

在所述摩擦搅拌接合用具的固定式轴肩中，

靠近所述探头的前端配置的端部为山形，所述山形具备与隔着所述角落部的两个工件的面相向地配置的两个工件相向面，

在该山形的顶部的与探头相比摩擦搅拌接合行进方向的前侧，具备在与所述工件的面之间形成空隙的空隙形成用切口部，

在所述山形的顶部的与探头相比摩擦搅拌接合行进方向的后侧，具备与所述填角的截面形状对应的切口部。

10.一种摩擦搅拌接合方法，

在将在能够旋转驱动的探头的基端侧具备固定式轴肩的摩擦搅拌接合用具配置在工件之间的接合部并进行该接合部的摩擦搅拌接合时，

将使所述探头没入所述接合部的所述摩擦搅拌接合用具的所述固定式轴肩保持在相对于所述工件的面隔开间隙的位置，

对通过所述探头搅拌所述工件的素材的搅拌区域供给填料，

在所述搅拌区域中被软化以及搅拌的工件的素材和填料的素材的软化物流入所述间隙。