JP2012115845A

JP2012115845A - Friction stir welding apparatus, and friction stir welding method using the same

Info

Publication number: JP2012115845A
Application number: JP2010265295A
Authority: JP
Inventors: Yasumi Watanabe; 靖巳渡辺
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2012-06-21

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a friction stir welding apparatus and a friction stir welding method using the same capable of preventing excess pushing of a distal end of a welding tool into an inside of a workpiece in offset movement, and capable of achieving desired welding strength.SOLUTION: A pressurizing shaft is driven while the welding tool 1 is rotated, and pushing movement is performed so that a tool pin 1c on the distal end of the welding tool is pressed to a surface of the workpiece W and the tool pin is made to disappear to the prescribed depth, and then, the pushing movement by the pressurizing shaft is stopped, and offset movement for moving the welding tool along the surface of the workpiece while rotating the welding tool is carried out in the state of keeping the constant pushing amount of the welding tool to the workpiece, and the offset movement is performed for the target distance, and then, the pressurizing shaft is driven to the direction opposite from the pushing movement, and the welding tool is retreated from the workpiece.

Description

本発明は、接合ツールの回転による摩擦熱を利用してワークを接合する摩擦攪拌接合装置及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法に関する。 The present invention relates to a friction stir welding apparatus that joins workpieces using frictional heat generated by rotation of a welding tool and a friction stir welding method using the same.

特許文献１に、接合ツールをワークに押し付けつつ回転させることにより、接合ツールとワークの接触点に摩擦熱を発生させて接触点の周囲の材料を軟化させると共に攪拌し、それによりワークを接合する摩擦撹拌接合方法が開示されている。 In Patent Document 1, by rotating the welding tool while pressing it against the workpiece, frictional heat is generated at the contact point between the welding tool and the workpiece to soften and stir the material around the contact point, thereby joining the workpiece. A friction stir welding method is disclosed.

特許文献２に、接合ツールをワークに対して傾斜させて摩擦攪拌接合を行う例が開示されている。また、特許文献３に、接合ツールを回転させながらワークの表面に沿って移動させる動作（オフセット動作）を行う際に、接合ツールをワークに押し付ける力（オフセット動作時加圧力）が一定になるようにする技術が開示されている。また、特許文献４に、オフセット動作において、オフセット動作時加圧力あるいは接合ツールの移動方向にワークから受ける力（オフセット荷重）をある大きさに制御することで、押し込み量が一定になるようにする技術が開示されている。さらに、特許文献５に、オフセット動作において、接合ツールの移動速度（オフセット速度）を可変とし、オフセット荷重を基準範囲内に制御する技術が開示されている。また一方、特許文献６に、薄板同士の重ね合わせ接合を行う際に、多関節ロボットの先端に摩擦攪拌接合装置の基体を設け、基体から延ばしたアームの先端に微小変位機構及び裏当て部材を設け、接合ツールの押し込み動作を行った後、接合ツールが微小距離だけオフセット動作を行う摩擦攪拌接合方法が開示されている。 Patent Document 2 discloses an example in which a friction stir welding is performed by inclining a welding tool with respect to a workpiece. Further, in Patent Document 3, when performing an operation (offset operation) of moving the welding tool along the surface of the workpiece while rotating the welding tool, the force (pressure applied during offset operation) pressing the welding tool to the workpiece is constant. The technology to make is disclosed. Further, in Patent Document 4, in the offset operation, the amount of pressing is made constant by controlling the pressure applied during the offset operation or the force (offset load) received from the workpiece in the moving direction of the welding tool to a certain magnitude. Technology is disclosed. Further, Patent Document 5 discloses a technique for making the moving speed (offset speed) of the joining tool variable and controlling the offset load within a reference range in the offset operation. On the other hand, in Patent Document 6, when performing superposition joining of thin plates, a base of a friction stir welding apparatus is provided at the tip of an articulated robot, and a micro displacement mechanism and a backing member are provided at the tip of an arm extending from the base. There is disclosed a friction stir welding method in which a welding tool performs an offset operation by a minute distance after being provided and pushing the welding tool.

特許２７１２８３８号公報Japanese Patent No. 2712838 特許２７９２２３３号公報Japanese Patent No. 279233 特開２０００−１３５５７７号公報JP 2000-135577 A 特開２００１−１９８６８３号公報JP 2001-198683 A 特開２００４−５０２３４号公報JP 2004-50234 A 特開２００５−３１３２２７号公報JP 2005-313227 A

特許文献１〜特許文献５に開示されている従来の摩擦攪拌接合方法では、ワークを定盤のような剛性の高いテーブルの上にのせて接合するのが一般的であった。このため、接合ツールを回転させながら所定の押し込み量まで没入させる押し込み動作の後、比較的長い距離オフセット動作を行う場合に、押し込み動作時加圧力とオフセット時加圧力が異なっていても、ワーク側の剛性が高いので、押し込み動作とオフセット動作とで押し込み量はそれほど変化しなかった。 In the conventional friction stir welding methods disclosed in Patent Literature 1 to Patent Literature 5, it is common to place workpieces on a highly rigid table such as a surface plate to join them. For this reason, when a relatively long distance offset operation is performed after a pressing operation for rotating the welding tool to a predetermined pressing amount, even if the pressing force during the pressing operation is different from the pressing force during the offset, the workpiece side Because of the high rigidity, the pushing amount did not change so much between the pushing operation and the offset operation.

一方、特許文献６に記載の技術のように、定盤などに比べて剛性が低いアームの先端に、ワークを挟むための裏当て部材を取り付けている場合、アームが加圧力に応じて撓むために、アームに設けた裏当て部材が接合ツールの押し込み動作に対して逃げてしまう。よって、接合ツールを目標の押し込み量まで押込むためには、アーム弾性変形量分を補正して、接合ツールの位置決め動作を行うという手法が一般的に用いられている。特に、特許文献６の技術では、押し込み動作時加圧力とオフセット動作時加圧力を同じにすることで、一連の接合動作における押し込み量補正量が同じになるようにしている。押し込み動作時加圧力とオフセット動作時加圧力を同じにするためには、オフセット動作において、押し込み動作と同じ荷重で押圧するように加圧軸を制御すればよい。 On the other hand, when a backing member for sandwiching a workpiece is attached to the tip of an arm having low rigidity compared to a surface plate or the like as in the technique described in Patent Document 6, the arm bends according to the applied pressure. The backing member provided on the arm escapes with respect to the pushing operation of the welding tool. Therefore, in order to push the welding tool to the target pushing amount, a method of correcting the arm elastic deformation amount and performing the welding tool positioning operation is generally used. In particular, in the technique of Patent Document 6, the pressing amount correction amount in a series of joining operations is made the same by making the pressing force during the pressing operation and the pressing force during the offset operation the same. In order to make the pressurizing force during the pressing operation the same as the pressurizing force during the offset operation, the pressurizing shaft may be controlled so that the offset operation is pressed with the same load as the pressing operation.

ところが、特に接合ツールの傾斜角（ワーク表面の法線方向に対する接合ツールの軸線の傾斜角）を限定しない場合には、以下のような問題が生じてしまう。 However, particularly when the inclination angle of the welding tool (the inclination angle of the axis of the welding tool with respect to the normal direction of the workpiece surface) is not limited, the following problem occurs.

まず、接合ツールの傾斜角が０°の場合、加圧軸を押圧制御しないときには、特許文献４で述べられているように、接合ツールを押し込み方向に対して押し戻す力（浮力）が得られない。よって、浮力と同時に発生するワークに対する加圧力による効果を期待しても、押し込み動作時加圧力と同じだけのオフセット動作時加圧力は得られない。そこで、オフセット動作時加圧力の不足を補うために、加圧軸を押圧制御し、接合ツールをワークにさらに押し込みながらオフセット動作を行うことで、加圧力を得るようにしている。 First, when the inclination angle of the welding tool is 0 °, when the pressure shaft is not pressed and controlled, as described in Patent Document 4, a force (buoyancy) for pushing the welding tool back in the pushing direction cannot be obtained. . Therefore, even if the effect of the pressurizing force on the work generated simultaneously with the buoyancy is expected, the pressurizing force during the offset operation that is the same as the pressurizing operation pressurizing force cannot be obtained. Therefore, in order to compensate for the shortage of the pressurizing force during the offset operation, pressurization control is performed on the pressurizing shaft, and the pressurizing force is obtained by performing the offset operation while further pressing the welding tool into the workpiece.

よって、オフセット動作において接合ツールを押し込むためオフセット動作開始点での押し込み量よりオフセット動作終了点での押し込み量がより大きく（深く）なってしまう。 Therefore, since the welding tool is pushed in the offset operation, the push amount at the offset operation end point becomes larger (deeper) than the push amount at the offset operation start point.

同様に、オフセット速度が小さい場合には、特許文献５で述べられているように、オフセット動作におけるオフセット荷重が小さい。接合ツールの傾斜角が同じであれば、特許文献４でも述べられているように、オフセット荷重とオフセット動作時加圧力はほぼ比例関係にあるから、オフセット速度が小さい場合には、オフセット動作時加圧力も小さい。よって、オフセット動作時加圧力が押し込み動作時加圧力に比べて低くなってしまう。 Similarly, when the offset speed is small, as described in Patent Document 5, the offset load in the offset operation is small. If the inclination angle of the welding tool is the same, as described in Patent Document 4, the offset load and the applied pressure during the offset operation are approximately proportional to each other. The pressure is also small. Therefore, the pressurizing force during the offset operation becomes lower than the pressurizing force during the pushing operation.

そこで、オフセット動作時加圧力の不足を補うために、加圧軸を押圧制御し、接合ツールをワークにさらに押し込みながらオフセット動作を行うことで加圧力を得ることができるが、そうした場合、オフセット動作において接合ツールを押し込むためオフセット動作開始点での押し込み量より、オフセット動作終点での押し込み量がより深くなってしまう。 Therefore, in order to compensate for the shortage of pressurizing force during offset operation, pressurization control can be performed on the pressurizing shaft, and the pressurizing force can be obtained by performing the offset operation while pushing the welding tool further into the workpiece. Since the welding tool is pushed in, the pushing amount at the offset operation end point becomes deeper than the pushing amount at the offset operation start point.

オフセット動作開始点での押し込み量より、オフセット動作終点での押し込み量がより深くなると、特に薄肉のワークを接合する場合や、比較的長い距離をツールが移動する場合には、オフセット動作終点での押し込み量が深くなり過ぎ、ワーク残厚（裏当て部材〜接合ツール間の距離）が減少し、条件によっては、接合ツールがワークを突き抜けてしまうという問題が生じる。 When the pushing amount at the offset operation end point becomes deeper than the pushing amount at the offset operation starting point, especially when joining thin workpieces or when the tool moves over a relatively long distance, The pushing amount becomes too deep, the remaining workpiece thickness (distance between the backing member and the welding tool) is reduced, and depending on the conditions, there arises a problem that the welding tool penetrates the workpiece.

また、ワーク突き抜けを防止するために、オフセット動作開始点での押し込み量を小さくすると、十分な接合強度が得られない。 Further, if the pushing amount at the offset operation start point is reduced in order to prevent the workpiece from penetrating, sufficient bonding strength cannot be obtained.

また、オフセット動作において加圧軸を押圧制御しない場合においても、アームの弾性によって加圧力が保持されているので、接合ツールはワークに押し込まれる。接合ツールがワークに押し込まれるに従って、アームの弾性変形量は減少し、裏当て部材〜接合ツール間の距離、つまりワーク残厚が減少する。 Even when the pressing shaft is not controlled to be pressed in the offset operation, the joining tool is pushed into the work because the pressing force is held by the elasticity of the arm. As the welding tool is pushed into the workpiece, the amount of elastic deformation of the arm decreases, and the distance between the backing member and the welding tool, that is, the remaining workpiece thickness decreases.

ワークを定盤などの剛性の高いテーブルに載せて接合していた場合には、弾性変形量がワーク残厚に対して十分小さいものであったため、接合ツールが過度にワークに押し込まれる前に弾性変形量が０となり問題は生じなかったが、アームのように弾性変形量が大きい場合には、オフセット動作において接合ツールの押し込み量が大きく変化してしまう。よって、ワーク残厚が減少し、アーム弾性変形量の戻り分が、ワークの残厚より大きい場合には、ワークを突き抜けてしまうという問題が生じる。 When workpieces are placed on a rigid table such as a surface plate and joined, the amount of elastic deformation is sufficiently small compared to the remaining thickness of the workpiece. Therefore, the workpiece is elastic before it is excessively pushed into the workpiece. The amount of deformation was 0 and no problem occurred. However, when the amount of elastic deformation is large as in the case of an arm, the push amount of the welding tool greatly changes in the offset operation. Therefore, when the workpiece remaining thickness decreases and the return amount of the arm elastic deformation amount is larger than the workpiece remaining thickness, there arises a problem that the workpiece penetrates.

また、ワーク突き抜けを防止するために、オフセット動作開始点での押し込み量を小さくすると、押し込み量の減少に伴い、接合強度が低下するので、十分な接合強度が得られない。 Further, if the pushing amount at the offset operation start point is made small in order to prevent the workpiece from penetrating, the joining strength is lowered with the reduction of the pushing amount, so that a sufficient joining strength cannot be obtained.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、オフセット動作において、接合ツールの先端が過度にワーク内部に押し込まれることを防止することができ、且つ所望の接合強度を得ることのできる摩擦攪拌接合装置及びそれを用いた摩擦攪拌接合方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to prevent the tip of the welding tool from being excessively pushed into the workpiece in the offset operation, and to obtain a desired bonding strength. An object of the present invention is to provide a friction stir welding apparatus and a friction stir welding method using the same.

本発明は以下の態様を提供する。
（１）接合すべき板状のワークの裏面を支持する裏当て部材と、
前記ワークの表面側に、前記裏当て部材との間に前記ワークを挟むように位置する接合ツールと、
前記接合ツールを保持するツール保持部と、
前記ツール保持部をその回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面の法線方向に沿って変位駆動することで、前記接合ツールを前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動して、回転する前記接合ツールの先端を前記ワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化した前記ワークの材料の内部に前記接合ツールの先端を押し込むと共にその押し込み量を調節する押し込み動作を行う加圧軸と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行うオフセット軸と、
前記ツール保持部を回転自在および前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動自在かつ前記ワークの表面方向に沿った方向に移動自在に支持する基体と、
該基体から延設されて、先端に前記裏当て部材が設けられたアームと、
前記回転駆動手段、前記加圧軸、およびオフセット軸を駆動制御する制御手段と、
を備えた摩擦攪拌接合装置であって、
前記接合ツールは、ツール本体の先端面に該ツール本体よりも小径なピンを突設し、該ツール本体の先端面におけるピンの取付部の周辺をショルダー部として構成したものであり、前記接合ツールの軸線が、前記ワークの表面の法線方向に対して、前記オフセット動作における前記接合ツールの進行方向に該接合ツールの先端が先行するように僅かに傾斜しており、
前記制御手段は、前記接合ツールを前記回転駆動手段により回転させながら、前記加圧軸を駆動して前記ワークの表面に前記接合ツールの先端のピンを押し付け、所定の深さまで前記接合ツールの先端のピンを没入させる押し込み動作を行った後、前記加圧軸による押し込み動作を停止し、前記ワークに対する接合ツールの押し込み量を一定に保持した状態で、前記接合ツールを回転させながら、前記ワークの表面に沿って前記接合ツールを移動させるオフセット動作を行い、目標距離だけオフセット動作を行った後に、前記加圧軸を押し込み動作の時と逆方向に駆動させて、前記接合ツールを前記ワークより退避させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。
（２）前記制御手段は、押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット速度を一定に制御することを特徴とする（１）に記載の摩擦攪拌接合装置。
（３）前記制御手段は、押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット荷重を一定に制御することを特徴とする（１）に記載の摩擦攪拌接合装置。
（４）接合すべき板状のワークの裏面を支持する裏当て部材と、
前記ワークの表面側に、前記裏当て部材との間に前記ワークを挟むように位置する接合ツールと、
前記接合ツールを保持するツール保持部と、
前記ツール保持部をその回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面の法線方向に沿って変位駆動することで、前記接合ツールを前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動して、回転する前記接合ツールの先端を前記ワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化した前記ワークの材料の内部に前記接合ツールの先端を押し込むと共にその押し込み量を調節する押し込み動作を行う加圧軸と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行うオフセット軸と、
前記ツール保持部を回転自在および前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動自在かつ前記ワークの表面方向に沿った方向に移動自在に支持する基体と、
該基体から延設されて、先端に前記裏当て部材が設けられたアームと、を備え、
前記接合ツールは、ツール本体の先端面に該ツール本体よりも小径なピンを突設し、該ツール本体の先端面におけるピンの取付部の周辺をショルダー部として構成したものであり、前記接合ツールの軸線が、前記ワークの表面の法線方向に対して、前記オフセット動作における前記接合ツールの進行方向に該接合ツールの先端が先行するように僅かに傾斜した摩擦攪拌接合装置を用いた摩擦攪拌接合方法であって、
前記接合ツールを前記回転駆動手段により回転させながら、前記加圧軸を駆動して前記ワークの表面に前記接合ツールの先端のピンを押し付け、所定の深さまで前記接合ツールの先端のピンを没入させる押し込み動作を行った後、前記加圧軸による押し込み動作を停止し、前記ワークに対する接合ツールの押し込み量を一定に保持した状態で、前記接合ツールを回転させながら、前記ワークの表面に沿って前記接合ツールを移動させるオフセット動作を行い、目標距離だけオフセット動作を行った後に、前記加圧軸を押し込み動作の時と逆方向に駆動させて、前記接合ツールを前記ワークより退避させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置を用いた摩擦攪拌接合方法。
（５）押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット速度を一定に制御することを特徴とする（４）に記載の摩擦攪拌接合方法。
（６）押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット荷重を一定に制御することを特徴とする（４）に記載の摩擦攪拌接合方法。 The present invention provides the following aspects.
(1) a backing member that supports the back surface of the plate-like workpiece to be joined;
A bonding tool located on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece between the backing member;
A tool holding unit for holding the joining tool;
A rotation driving means for rotating the tool holding portion around its rotation axis;
The tip of the joining tool that rotates by moving the joining tool in a direction along the normal direction of the surface of the workpiece by driving the tool holding portion to move along the normal direction of the surface of the workpiece. A pressing shaft that presses the surface of the workpiece and presses the tip of the welding tool into the workpiece material softened by frictional heat and performs a pressing operation to adjust the pressing amount;
An offset shaft for performing an offset operation for moving the tool holding portion along the surface direction of the workpiece;
A base for supporting the tool holding portion rotatably and in a direction along a normal direction of the surface of the workpiece and movably in a direction along the surface direction of the workpiece;
An arm extending from the base and provided with the backing member at the tip;
Control means for driving and controlling the rotation driving means, the pressure shaft, and the offset shaft;
A friction stir welding apparatus comprising:
The joining tool is configured such that a pin having a diameter smaller than that of the tool main body is protruded from the front end surface of the tool main body, and the periphery of the pin mounting portion on the front end surface of the tool main body is configured as a shoulder portion. Is inclined slightly with respect to the normal direction of the surface of the workpiece so that the tip of the welding tool precedes the direction of travel of the welding tool in the offset operation,
The control means drives the pressurizing shaft while rotating the welding tool by the rotation driving means to press the pin at the tip of the welding tool against the surface of the workpiece, and the tip of the welding tool to a predetermined depth. After the pushing operation for immersing the pin of the workpiece is stopped, the pushing operation by the pressure shaft is stopped, and the welding tool is rotated while the joining tool is rotated while the pushing amount of the joining tool to the workpiece is kept constant. An offset operation is performed to move the welding tool along the surface, and after performing the offset operation by a target distance, the pressure tool is driven in the opposite direction to the pushing operation to retract the welding tool from the workpiece. A friction stir welding apparatus characterized in that
(2) The control means controls the offset speed at the time of the offset operation to be constant so that the pressure force at the time of the pushing operation and the pressure force at the time of the offset operation become the same. Friction stir welding equipment.
(3) The control means controls the offset load at the time of the offset operation to be constant so that the pressure force at the time of the pushing operation and the pressure force at the time of the offset operation become the same. Friction stir welding equipment.
(4) a backing member that supports the back surface of the plate-like workpiece to be joined;
A bonding tool located on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece between the backing member;
A tool holding unit for holding the joining tool;
A rotation driving means for rotating the tool holding portion around its rotation axis;
The tip of the joining tool that rotates by moving the joining tool in a direction along the normal direction of the surface of the workpiece by driving the tool holding portion to move along the normal direction of the surface of the workpiece. A pressing shaft that presses the surface of the workpiece and presses the tip of the welding tool into the workpiece material softened by frictional heat and performs a pressing operation to adjust the pressing amount;
An offset shaft for performing an offset operation for moving the tool holding portion along the surface direction of the workpiece;
A base for supporting the tool holding portion rotatably and in a direction along a normal direction of the surface of the workpiece and movably in a direction along the surface direction of the workpiece;
An arm extending from the base body and provided with the backing member at the tip,
The joining tool is configured such that a pin having a diameter smaller than that of the tool main body is protruded from the front end surface of the tool main body, and the periphery of the pin mounting portion on the front end surface of the tool main body is configured as a shoulder portion. Friction stirrer using a friction stir welding apparatus whose axis is slightly inclined with respect to the normal direction of the surface of the workpiece so that the tip of the welding tool precedes the traveling direction of the welding tool in the offset operation A joining method,
While the welding tool is rotated by the rotation drive means, the pressure shaft is driven to press the pin at the tip of the welding tool against the surface of the workpiece, and the pin at the tip of the welding tool is inserted to a predetermined depth. After performing the pushing operation, the pushing operation by the pressure shaft is stopped, and while the amount of pushing of the welding tool to the workpiece is kept constant, the welding tool is rotated along the surface of the workpiece while rotating. An offset operation for moving the welding tool is performed, and after performing the offset operation for a target distance, the pressing tool is driven in a direction opposite to that of the pushing operation to retract the welding tool from the workpiece. A friction stir welding method using a friction stir welding apparatus.
(5) The friction stir welding method according to (4), wherein the offset speed during the offset operation is controlled to be constant so that the pressure during the push-in operation and the pressure during the offset operation are the same. .
(6) The friction stir welding method according to (4), wherein the offset load during the offset operation is controlled to be constant so that the pressure during the push-in operation is the same as the pressure during the offset operation .

本発明によれば、接合ツールが傾斜しているので、接合ツールの進行方向のワーク母材が、接合ツールの先端のショルダー部にクサビ状に流入することになり、このワーク母材の流入が動圧を発生させ、浮力が発生する。接合ツールの傾斜角に応じた浮力が発生することによって、アームの弾性変形によって保持されていた加圧力をある程度打ち消すことができる。よって、定盤などに比べて剛性が低いアームを用いた構成においても、接合ツールの傾斜角が０°の場合に比べ、接合ツールを傾斜させることによって、接合ツールの先端が過度にワーク内部に押し込まれることを防止することができる。そして、アームの弾性変形によって保持されていた加圧力とオフセット動作で発生する浮力とを釣り合わせることにより、オフセット動作において押し込み量が増加することを防止することができ、それにより、オフセット動作開始点の押し込み量を深く設定することが可能となり、接合強度を向上させることができるようになる。 According to the present invention, since the joining tool is inclined, the workpiece base material in the traveling direction of the joining tool flows in a wedge shape into the shoulder portion at the tip of the joining tool. Dynamic pressure is generated and buoyancy is generated. By generating buoyancy according to the inclination angle of the welding tool, the applied pressure held by the elastic deformation of the arm can be canceled to some extent. Therefore, even in a configuration using an arm that is less rigid than a surface plate or the like, the tip of the welding tool is excessively placed inside the workpiece by tilting the welding tool compared to when the tilt angle of the welding tool is 0 °. It can prevent being pushed in. Further, by balancing the applied pressure held by the elastic deformation of the arm and the buoyancy generated by the offset operation, it is possible to prevent the pushing amount from increasing in the offset operation, and thereby the offset operation start point. It becomes possible to set the amount of pressing deeply and to improve the bonding strength.

本発明の一実施形態の摩擦撹拌接合装置の側面図である。It is a side view of the friction stir welding apparatus of one Embodiment of this invention. 図１の摩擦撹拌接合装置に組み込まれている２軸駆動ユニットの平面図である。It is a top view of the biaxial drive unit integrated in the friction stir welding apparatus of FIG. 図２の２軸駆動ユニットの側面図である。It is a side view of the biaxial drive unit of FIG. 図２の２軸駆動ユニットに使用されているボールねじ一体型直動案内ユニットの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a ball screw integrated linear motion guide unit used in the biaxial drive unit of FIG. 2. 摩擦撹拌接合装置の正面図であり、接合ツールが傾斜していることを示す図である。It is a front view of a friction stir welding apparatus, and is a figure which shows that a joining tool inclines. 同実施形態の作用説明用の拡大図で、（ａ）はワークの表面に接合ツールを回転させながら接近させている状態を示す図、（ｂ）はワークの内部に接合ツールの先端のツールピンを没入させている押し込み動作時の状態を示す図、（ｃ）は接合ツールをワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行っている状態を示す図、（ｄ）はオフセット動作終了後にワークから接合ツールを退避させている状態を示す図である。It is an enlarged view for explanation of operation of the embodiment, (a) is a diagram showing a state in which the welding tool is brought close to the surface of the workpiece while rotating, and (b) is a tool pin at the tip of the welding tool inside the workpiece. The figure which shows the state at the time of pushing operation which is immersing, (c) is the figure which shows the state which is performing the offset operation | movement which moves a joining tool along the surface direction of a workpiece | work, (d) is a workpiece | work after offset operation completion | finish. It is a figure which shows the state which has evacuated the welding tool from. 比較例として接合ツールが傾斜していない摩擦撹拌接合装置を示す正面図である。It is a front view which shows the friction stir welding apparatus with which the joining tool is not inclined as a comparative example. 同比較例の作用説明用の拡大図で、（ａ）はワークの内部に接合ツールの先端のツールピンを没入させている押し込み動作終了時点の状態を示す図、（ｂ）は接合ツールをワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行っている状態を示す図である。It is an enlarged view for explanation of operation of the comparative example, (a) is a diagram showing a state at the end of the pushing operation in which the tool pin at the tip of the welding tool is immersed in the work, It is a figure which shows the state which is performing the offset operation | movement which moves along the surface direction.

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態の摩擦撹拌接合装置の側面図、図２は図１の摩擦撹拌接合装置に組み込まれている２軸駆動ユニットの平面図、図３は図２の２軸駆動ユニットの側面図、図４は図２の２軸駆動ユニットに使用されているボールねじ一体型直動案内ユニットの断面図、図５は摩擦撹拌接合装置の正面図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 is a side view of a friction stir welding apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a biaxial drive unit incorporated in the friction stir welding apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a biaxial drive of FIG. 4 is a side view of the unit, FIG. 4 is a sectional view of a ball screw integrated linear motion guide unit used in the biaxial drive unit of FIG. 2, and FIG. 5 is a front view of the friction stir welding apparatus.

図１に示すように、この摩擦撹拌接合装置Ｍには、摩擦撹拌接合のための接合ツール１をワークに接近／離間させる加圧軸２と、接合ツール１を加圧軸２と略直交する方向に移動させるオフセット軸３と、接合ツール１をその中心軸Ｑ（図５参照）まわりに回転させる旋回軸４とが設けられている。ここで、加圧軸２は、互いに直交するＸ軸とＹ軸のうちのＸ軸として設定され、オフセット軸３はＹ軸として設定されている。これら加圧軸２とオフセット軸３は、２軸駆動ユニット５の互いに直交する２軸をなしている。 As shown in FIG. 1, the friction stir welding apparatus M includes a pressurizing shaft 2 that brings a welding tool 1 for friction stir welding to approach / separate a workpiece, and the welding tool 1 is substantially orthogonal to the pressurizing shaft 2. An offset shaft 3 that moves in the direction and a pivot shaft 4 that rotates the welding tool 1 around its central axis Q (see FIG. 5) are provided. Here, the pressurizing shaft 2 is set as the X axis of the X axis and the Y axis orthogonal to each other, and the offset shaft 3 is set as the Y axis. The pressurizing shaft 2 and the offset shaft 3 form two axes perpendicular to each other of the biaxial drive unit 5.

図２及び図３に示すように、２軸駆動ユニット５は、第１のボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａと第２のボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ｂとを、両者の軸線方向を互いに直交する関係に設定して組み合わせることで構成されている。 As shown in FIGS. 2 and 3, the biaxial drive unit 5 includes a first ball screw integrated linear motion guide unit 10 </ b> A and a second ball screw integrated linear motion guide unit 10 </ b> B in the axial direction of both. It is configured by setting and combining them in a relationship orthogonal to each other.

加圧軸２（Ｘ軸）を構成する第１のボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａ及びオフセット軸３（Ｙ軸）を構成する第２のボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ｂは、それぞれ、例えば図４に示すように、直動案内軸受１１とボールねじ１２の組み合わせで構成されている。 The first ball screw-integrated linear motion guide unit 10A that constitutes the pressure shaft 2 (X-axis) and the second ball screw-integrated linear motion guide unit 10B that constitutes the offset shaft 3 (Y-axis), respectively, For example, as shown in FIG. 4, the linear motion guide bearing 11 and the ball screw 12 are combined.

直動案内軸受１１は、断面が略Ｕ字状に形成された案内レール１３と、案内レール１３のＵ字状の凹部内に配置されたスライダ１４と、案内レール１３とスライダ１４の間に配置された複数の転動体１５と、を備えている。案内レール１３は、スライダ１４と対向配置される各袖部１３Ａの内側面に転動面１６Ａを有し、スライダ１４は、案内レール１３の転動面１６Ａに対向配置される転動面１６Ｂを有しており、案内レール１３の転動面１６Ａとスライダ１４の転動面１６Ｂとの間に転動体（図ではコロ）１５が介在され、それにより、スライダ１４と案内レール１３とが相対的に直線移動可能とされている。 The linear motion guide bearing 11 is disposed between a guide rail 13 having a substantially U-shaped cross section, a slider 14 disposed in a U-shaped recess of the guide rail 13, and between the guide rail 13 and the slider 14. A plurality of rolling elements 15. The guide rail 13 has a rolling surface 16A on the inner side surface of each sleeve portion 13A arranged to face the slider 14, and the slider 14 has a rolling surface 16B arranged to face the rolling surface 16A of the guide rail 13. And a rolling element (roller in the figure) 15 is interposed between the rolling surface 16A of the guide rail 13 and the rolling surface 16B of the slider 14, so that the slider 14 and the guide rail 13 are relative to each other. It is possible to move straight.

この場合、案内レール１３の転動面１６Ａとスライダ１４の転動面１６Ｂとの間には、転動体１５の移動する転動通路１６が左右それぞれ上下に二列、即ち全体で二対四列形成される。スライダ１４には、転動体１５の戻し通路１６Ｄと、戻し通路１６Ｄと転動通路１６とを連通する方向転換路（図示略）とが形成され、転動体１５が、転動通路１６と方向転換路と戻し通路１６Ｄとから構成される無限循環路を循環するようになっている。 In this case, between the rolling surface 16 </ b> A of the guide rail 13 and the rolling surface 16 </ b> B of the slider 14, the rolling passages 16 in which the rolling elements 15 move are vertically arranged in two rows vertically, i.e., two-to-four rows as a whole. It is formed. The slider 14 is formed with a return path 16D of the rolling element 15 and a direction changing path (not shown) that connects the return path 16D and the rolling path 16 so that the rolling element 15 changes direction with the rolling path 16. It circulates through an infinite circulation path composed of a path and a return path 16D.

また、ボールねじ１２は、案内レール１３と平行に形成されたボールねじナット１７と、ボールねじナット１７を貫通するボールねじ軸１８と、ボールねじナット１７の螺旋溝とボールねじ軸１８の螺旋溝との間に配置された複数のボール１９と、を備えている。そして、ボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａ、１０Ｂは、ボールねじ１２の要素であるボールねじナット１７を直動案内軸受１１の要素であるスライダ１４に直接形成することにより、ボールねじ１２と直動案内軸受１１とを一体に備えた機構部品として構成されている。 The ball screw 12 includes a ball screw nut 17 formed in parallel with the guide rail 13, a ball screw shaft 18 passing through the ball screw nut 17, a spiral groove of the ball screw nut 17, and a spiral groove of the ball screw shaft 18. And a plurality of balls 19 disposed between the two. The ball screw-integrated linear motion guide units 10A and 10B directly form the ball screw nut 17 that is an element of the ball screw 12 on the slider 14 that is an element of the linear motion guide bearing 11, thereby It is comprised as a mechanism component provided integrally with the dynamic guide bearing 11.

また、２軸駆動ユニット５は、図３に示すように、第１、第２の２つのボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａ、１０Ｂを、各ユニット１０Ａ、１０Ｂの直動案内軸受１１の案内方向（軸線方向）が互いに交差（本実施形態では略直交する）する２軸となるように、各ユニット１０Ａ、１０Ｂのスライダ１４を、互いのフランジ１４ａ同士がボルト等の結合手段により結合して互いに組み合わせることにより構成されている。なお、２つのスライダ１４は、最初から一体に成形してあってもよい。 Further, as shown in FIG. 3, the biaxial drive unit 5 is configured to guide the first and second ball screw integrated linear motion guide units 10A and 10B to the linear motion guide bearing 11 of each unit 10A and 10B. The sliders 14 of the units 10A and 10B are coupled to each other by a coupling means such as a bolt so that the directions (axis directions) intersect with each other (substantially orthogonal in the present embodiment). It is configured by combining with each other. The two sliders 14 may be integrally formed from the beginning.

第１、第２の２つのボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａ、１０Ｂは、図２に示すように、Ｘ軸（加圧軸２）側の第１のボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａのスライダ１４のスライダ中心ＰＡ（以下、「加圧軸スライダ中心」とも言う）と、Ｙ軸（オフセット軸３）側の第２のボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ｂのスライダ１４のスライダ中心ＰＢ（以下、「オフセット軸スライダ中心」とも言う）の位置を互いにずらしたうえで、両スライダ１４同士を結合することにより、互いに組み合わせられており、２つのスライダ中心ＰＡ、ＰＢ間の距離（ずれ量Ｌｓ）は任意に設定されている。ここで、スライダ中心とは、スライダ上面から見て、長手軸方向に沿った有効長の中心且つスライダ断面の中心にある点である。 As shown in FIG. 2, the first and second two ball screw integrated linear motion guide units 10A and 10B are, as shown in FIG. 2, the first ball screw integrated linear motion guide unit 10A on the X axis (pressure shaft 2) side. Slider center PA of the slider 14 (hereinafter also referred to as “pressurizing shaft slider center”) and the slider center PB of the slider 14 of the second ball screw integrated linear motion guide unit 10B on the Y axis (offset shaft 3) side. (Hereinafter also referred to as “offset axis slider center”), the positions of the sliders 14 are shifted from each other, and the sliders 14 are joined together to be combined with each other. Ls) is arbitrarily set. Here, the slider center is a point at the center of the effective length along the longitudinal axis direction and at the center of the slider cross section when viewed from the slider upper surface.

この場合、オフセット軸スライダ中心ＰＢは、加圧軸スライダ中心ＰＡに対して、オフセット軸３の軸線に沿って位置がずれている。すなわち、加圧軸スライダ中心ＰＡ上をオフセット軸３の軸線が通っており、そのオフセット軸３の軸線上にオフセット軸スライダ中心ＰＢが位置している。しかも、オフセット軸スライダ中心ＰＢは、加圧軸スライダ中心ＰＡに対して、接合ツール１のオフセット動作時の進行方向ＹＡ（図２及び図５の紙面右方向）と逆の方向に位置がずれている。 In this case, the offset axis slider center PB is displaced along the axis of the offset axis 3 with respect to the pressure axis slider center PA. That is, the axis of the offset shaft 3 passes over the pressure shaft slider center PA, and the offset shaft slider center PB is located on the axis of the offset shaft 3. Moreover, the offset axis slider center PB is displaced in the direction opposite to the advancing direction YA during the offset operation of the welding tool 1 (rightward direction in FIGS. 2 and 5) with respect to the pressure axis slider center PA. Yes.

図１に示すように、このように２軸駆動ユニット５を用いて加圧軸（Ｘ軸）２とオフセット軸（Ｙ軸）３を構成した摩擦撹拌接合装置Ｍは、接合ツール１をワーク（図示略）に押し付けつつ回転させることにより、接合ツール１とワークの接触点に摩擦熱を発生させて当該接触点の周囲の材料を軟化させると共に撹拌し、それにより接合ツール１をワークに没入させ、没入後、接合ツール１をワークの表面方向に移動させることで、ワークを線状に接合するものである。 As shown in FIG. 1, the friction stir welding apparatus M configured with the pressure shaft (X axis) 2 and the offset shaft (Y axis) 3 by using the biaxial drive unit 5 in this way is configured to connect the welding tool 1 to a workpiece ( By rotating while pressing against the workpiece (not shown), frictional heat is generated at the contact point between the welding tool 1 and the workpiece to soften and stir the material around the contact point, thereby causing the welding tool 1 to be immersed in the workpiece. After the immersion, the work is joined in a line by moving the joining tool 1 in the surface direction of the work.

その際、接合ツール１は、ワークの表面側に、後述する裏当て部材５２との間にワークを挟むように位置する。加圧軸２は、接合ツール１を加圧軸２の軸線方向に移動してワークに接近／離間させる。すなわち、接合ツール１をワークの表面の法線方向に移動して、回転する接合ツール１の先端をワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化したワークの材料の内部に接合ツール１の先端を押し込むと共に、その押し込み量を調節する役目を果たす。 At that time, the joining tool 1 is positioned on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece with a backing member 52 described later. The pressing shaft 2 moves the joining tool 1 in the axial direction of the pressing shaft 2 to approach / separate the workpiece. That is, the welding tool 1 is moved in the normal direction of the workpiece surface, the tip of the rotating welding tool 1 is pressed against the workpiece surface, and the tip of the welding tool 1 is pushed into the workpiece material softened by frictional heat. At the same time, it plays the role of adjusting the amount of pushing.

また、オフセット軸３は、接合ツール１を加圧軸２と直交する方向であるワークの表面方向（Ｙ軸）に移動させるオフセット動作を実行する役目を果たす。 Further, the offset shaft 3 serves to execute an offset operation for moving the joining tool 1 in the surface direction (Y axis) of the workpiece, which is a direction orthogonal to the pressing shaft 2.

加圧軸２を構成する第１のボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ａの案内レール１３は、摩擦攪拌接合装置Ｍの基体をなすもので、この案内レール１３の下面には、プレート５８を介して、Ｃ字形のアーム５０の基端が固定されている。アーム５０の先端は、片持状態で接合ツール１の先端に対向する位置の近くまで延びている。 The guide rail 13 of the first ball screw-integrated linear motion guide unit 10A constituting the pressure shaft 2 forms a base of the friction stir welding apparatus M, and a lower surface of the guide rail 13 is interposed via a plate 58. Thus, the base end of the C-shaped arm 50 is fixed. The tip of the arm 50 extends to a position near the tip of the welding tool 1 in a cantilever state.

また、オフセット軸３を構成する第２のボールねじ一体型直動案内ユニット１０Ｂの案内レール（基体）１３に、接合ツール１を回転自在に装着したスピンドル（ツール保持部）３０が固定されている。従って、加圧軸２のスライダ１４及びオフセット軸３の案内レール１３は、それぞれ加圧軸２のボールねじ１２及びオフセット軸３のボールねじ１２によって駆動される。なお、加圧軸２のボールねじ１２及びオフセット軸３のボールねじ１２は、それぞれベルト４１Ａ、４１Ｂを介して、加圧軸モータ４２及びオフセット軸モータ４３によって駆動される。 A spindle (tool holding portion) 30 on which the welding tool 1 is rotatably mounted is fixed to a guide rail (base body) 13 of a second ball screw integrated linear motion guide unit 10B constituting the offset shaft 3. . Accordingly, the slider 14 of the pressure shaft 2 and the guide rail 13 of the offset shaft 3 are driven by the ball screw 12 of the pressure shaft 2 and the ball screw 12 of the offset shaft 3, respectively. The ball screw 12 of the pressure shaft 2 and the ball screw 12 of the offset shaft 3 are driven by a pressure shaft motor 42 and an offset shaft motor 43 via belts 41A and 41B, respectively.

接合ツール１は、旋回軸４を構成するスピンドル３０によってツールホルダ３５を介して回転自在に保持されたツール本体１ａの先端面に、ツール本体１ａよりも小径なツールピン１ｃを突設し、ツール本体１ａの先端面におけるピン１ｃの取付部の周辺をショルダー部１ｂとして構成したものである。 The joining tool 1 has a tool pin 1c having a diameter smaller than that of the tool body 1a projecting from a tip surface of the tool body 1a rotatably supported by a spindle 30 constituting the pivot shaft 4 via a tool holder 35. The periphery of the attachment portion of the pin 1c on the distal end surface of the main body 1a is configured as a shoulder portion 1b.

スピンドル３０は、オフセット軸３方向（図１のＹ軸方向）から見てワークの表面の法線方向に沿うように設定された回転軸線（接合ツール１の中心軸Ｑと一致）を有し、該回転軸線と同軸に接合ツール１を保持するものである。なお、この回転軸線は後述するようにオフセット軸３と加圧軸２に直交する方向（図５のＺ軸方向）から見た場合、ワークの表面の法線方向に対し傾斜している。スピンドル３０は、複数の軸受３１を収容するスピンドルハウジング３２と、軸受３１と、軸受３１によって回転可能に保持されたスピンドルシャフト３３とによって構成され、スピンドルシャフト３３の接合ツール１側には、接合ツール１を着脱可能に保持するツールホルダ３５が設けられている。スピンドルシャフト３３は、プーリ４６とベルト４７を介して旋回軸モータ（回転駆動手段）４４によって駆動される。なお、スピンドル３０と旋回軸モータ４４は、旋回軸ブラケット４８を介して、オフセット軸３の案内レール１３の取り付け面１３ａに固定されている。 The spindle 30 has a rotational axis (coincident with the central axis Q of the welding tool 1) set so as to be along the normal direction of the workpiece surface when viewed from the offset axis 3 direction (Y-axis direction in FIG. 1). The joining tool 1 is held coaxially with the rotation axis. As will be described later, this rotational axis is inclined with respect to the normal direction of the surface of the workpiece when viewed from the direction orthogonal to the offset shaft 3 and the pressure shaft 2 (Z-axis direction in FIG. 5). The spindle 30 includes a spindle housing 32 that houses a plurality of bearings 31, a bearing 31, and a spindle shaft 33 that is rotatably held by the bearing 31. A tool holder 35 for holding 1 in a detachable manner is provided. The spindle shaft 33 is driven by a turning shaft motor (rotation drive means) 44 via a pulley 46 and a belt 47. The spindle 30 and the turning shaft motor 44 are fixed to the mounting surface 13 a of the guide rail 13 of the offset shaft 3 via the turning shaft bracket 48.

上述のようにベルト４７を介してスピンドルシャフト３３を駆動するようにしたことで、接合ツール１と旋回軸モータ４４は芯違いになっており、芯違いとしたことで、接合ツール１の高さ、つまりは、２軸駆動ユニット５にとっての外部荷重の作用点を、取り付け面１３ａ（オフセット軸３の案内レール１３に旋回軸ブラケット４８を固定している面）の法線方向（矢印Ｚ方向、以下取り付け面法線方向とも呼ぶ。）に低く抑えることができるようになる。 Since the spindle shaft 33 is driven via the belt 47 as described above, the joining tool 1 and the turning shaft motor 44 are misaligned. In other words, the point of action of external load for the biaxial drive unit 5 is defined as the normal direction of the mounting surface 13a (the surface on which the pivot shaft bracket 48 is fixed to the guide rail 13 of the offset shaft 3) (arrow Z direction, Hereinafter, it can also be kept low.

これにより、加圧軸２のスライダ１４に作用するピッチングモーメント及びオフセット軸３のスライダ１４に作用するローリングモーメントを小さく抑えることができ、その結果、転動体１５に作用する面圧を低減できるようになる。 As a result, the pitching moment acting on the slider 14 of the pressure shaft 2 and the rolling moment acting on the slider 14 of the offset shaft 3 can be kept small, and as a result, the surface pressure acting on the rolling element 15 can be reduced. Become.

また、オフセット軸３のスライダ１４と加圧軸２のスライダ１４を結合したことで、オフセット軸３の案内レール１３がスピンドル３０を支持する部材となるので、スピンドル３０の取り付け面積を大きくとれると共に、接合ツール１からの加圧力をオフセット３の案内レール１３の側面１３ｂの大きな面積で受けることができるようになる。 In addition, since the slider 14 of the offset shaft 3 and the slider 14 of the pressure shaft 2 are coupled, the guide rail 13 of the offset shaft 3 becomes a member that supports the spindle 30, so that the mounting area of the spindle 30 can be increased, The applied pressure from the welding tool 1 can be received by the large area of the side surface 13b of the guide rail 13 with the offset 3.

旋回軸ブラケット４８とオフセット軸３の案内レール１３の側面１３ｂとの間には、傾斜付与部材４９が設けられおり、オフセット軸３と加圧軸２に直交する方向（図５のＺ軸方向）から見て接合ツール１の中心軸Ｑが加圧軸２の軸線に対して傾斜している。傾斜の方向は、オフセット動作において、接合ツール１をオフセット（進行）させる方向である。つまり、接合ツール１の軸線（中心軸Ｑ）は、図６に示すように、ワークＷの表面の法線方向Ｈｓに対して、オフセット動作における接合ツール１の進行方向ＹＡに接合ツール１の先端が先行するように僅かに、例えば１°〜６°傾斜している。 An inclination imparting member 49 is provided between the pivot shaft bracket 48 and the side surface 13b of the guide rail 13 of the offset shaft 3, and a direction perpendicular to the offset shaft 3 and the pressure shaft 2 (Z-axis direction in FIG. 5). The center axis Q of the welding tool 1 is inclined with respect to the axis of the pressing shaft 2 when viewed from the side. The direction of inclination is a direction in which the welding tool 1 is offset (advanced) in the offset operation. That is, as shown in FIG. 6, the axis of the welding tool 1 is the tip of the welding tool 1 in the traveling direction YA of the welding tool 1 in the offset operation with respect to the normal direction Hs of the surface of the workpiece W. Is slightly inclined, for example, 1 ° to 6 °.

このように接合ツール１を傾斜させることにより、オフセット動作時の接合ツール１の進行方向に対して、接合ツール１のショルダー部１ｂをワークＷに対して向い角を持って接触させることができる。それにより、流動化したワークＷの材料が、接合ツール１のショルダー部１ｂに対してクサビ状に流れ込む作用が発生し、加圧軸２を大きく移動することなく、ショルダー部１ｂに流入したワークＷにより加圧力を保持することができるようになる。 By inclining the joining tool 1 in this way, the shoulder portion 1b of the joining tool 1 can be brought into contact with the workpiece W at an angle with respect to the traveling direction of the joining tool 1 during the offset operation. As a result, the material of the fluidized workpiece W flows into the wedge portion 1b of the welding tool 1 in a wedge shape, and the workpiece W flows into the shoulder portion 1b without largely moving the pressing shaft 2. Thus, the applied pressure can be maintained.

図１に戻って、加圧軸２の案内レール１３に基端部が固定されたＣ字形のアーム５０の先端には、加圧力検出手段５１及び裏当て部材５２が設けられている。裏当て部材５２は、図６に示すように、接合すべき板状のワークＷの裏面を支持するもので、接合ツール１と裏当て部材５２の間にワークＷを挟むことで、ワークＷに対して接合ツール１により加圧力を作用させることができるようになっている。 Returning to FIG. 1, a pressure detection means 51 and a backing member 52 are provided at the tip of a C-shaped arm 50 whose base end is fixed to the guide rail 13 of the pressure shaft 2. As shown in FIG. 6, the backing member 52 supports the back surface of the plate-like workpiece W to be joined. By sandwiching the workpiece W between the joining tool 1 and the backing member 52, the backing member 52 is attached to the workpiece W. On the other hand, a pressing force can be applied by the joining tool 1.

また、この摩擦攪拌接合装置Ｍは、上述した旋回軸モータ４４、加圧軸モータ４２及びオフセット軸モータ４３を駆動制御するための制御手段（図示略）を有している。この制御手段は、次のように制御を実行する。 Further, the friction stir welding apparatus M has a control means (not shown) for driving and controlling the above-described turning shaft motor 44, pressure shaft motor 42, and offset shaft motor 43. This control means performs control as follows.

すなわち、まず、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、接合ツール１を回転させながら、加圧軸２を駆動してワークＷの表面に接合ツール１の先端のツールピン１ｃを押し付け、所定の深さまで接合ツール１の先端のツールピン１ｃを没入させる押し込み動作を行う。その後、加圧軸２による押し込み動作を停止し、ワークＷに対する接合ツール１の押し込み量を一定に保持した状態で、図６（ｃ）に示すように、接合ツール１を回転させながら、ワークＷの表面に沿って接合ツール１を移動させるオフセット動作を行い、目標距離だけオフセット動作を行った後に、図６（ｄ）に示すように、加圧軸２を押し込み動作の時と逆方向に駆動させて、接合ツール１をワークＷより退避させる。 That is, first, as shown in FIGS. 6A and 6B, while the welding tool 1 is rotated, the pressing shaft 2 is driven to press the tool pin 1c at the tip of the welding tool 1 against the surface of the workpiece W. Then, a push-in operation for immersing the tool pin 1c at the tip of the welding tool 1 to a predetermined depth is performed. Thereafter, the pressing operation by the pressing shaft 2 is stopped, and the workpiece W is rotated while rotating the welding tool 1 as shown in FIG. After performing the offset operation of moving the welding tool 1 along the surface of the workpiece and performing the offset operation by the target distance, as shown in FIG. 6 (d), the pressing shaft 2 is driven in the opposite direction to the pushing operation. Thus, the welding tool 1 is retracted from the workpiece W.

この際、制御手段は、押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時の速度（オフセット速度）、または、オフセット動作時の荷重（オフセット荷重）を一定に制御することが好ましい。 At this time, the control means sets the speed during the offset operation (offset speed) or the load during the offset operation (offset load) so that the pressure applied during the push-in operation is the same as the pressure applied during the offset operation. It is preferable to control it to be constant.

なお、接合の際に、ワークＷは、２枚以上の薄板Ｗ１、Ｗ２を重ね合せて配置される。また、ワークＷの最表面とオフセット軸３の案内レール１３が平行となるように設定される。 At the time of joining, the workpiece W is disposed by overlapping two or more thin plates W1 and W2. Further, the outermost surface of the workpiece W and the guide rail 13 of the offset shaft 3 are set to be parallel.

また、ワークＷは、表裏が平行な薄板同士であることが多いため、裏当て部材５２のワーク接触面とオフセット軸３の案内レール１３を平行に配置しているが、ワークＷの形状によって適宜変えてもよい。例えば、ワークＷがある角度をもった傾斜部材である場合には、裏当て部材５２とオフセット軸３の案内レール１３を傾斜部材の角度だけ傾けて配置してもよい。 In addition, since the workpiece W is often a thin plate whose front and back are parallel, the workpiece contact surface of the backing member 52 and the guide rail 13 of the offset shaft 3 are arranged in parallel. You may change it. For example, when the workpiece W is an inclined member having a certain angle, the backing member 52 and the guide rail 13 of the offset shaft 3 may be inclined by the angle of the inclined member.

次に本発明の摩擦接合装置Ｍを用いた摩擦攪拌接合時の動作（接合プロセス）について３つの実施例と、本発明と比較のための比較例を用いて説明する。
《第１実施例》
以下、第１実施例の接合プロセスを説明する。
まず、図６（ａ）のように、接合ツール１を回転させながら加圧軸２の駆動によって接合ツール１を押し込み方向ＸＡに駆動し、接合ツール１をワークＷ表面に接触させる。次に、加圧軸２を一定の加圧力で押圧制御し、接合ツール１の先端のツールピン１ｃとワークＷ間の摩擦によってワークＷを軟化させ、図６（ｂ）のように、ツールピン１ｃをワークＷの中に回転させながら没入させ、接合ツール１を回転させながら、所定の押し込み量まで没入させるという押し込み動作を行う。 Next, the operation (joining process) at the time of friction stir welding using the friction welding apparatus M of the present invention will be described using three examples and a comparative example for comparison with the present invention.
<< First Example >>
Hereinafter, the joining process of the first embodiment will be described.
First, as shown in FIG. 6A, the welding tool 1 is driven in the pushing direction XA by driving the pressure shaft 2 while rotating the welding tool 1 to bring the welding tool 1 into contact with the surface of the workpiece W. Next, the pressing shaft 2 is pressed and controlled with a constant pressure, and the work W is softened by friction between the tool pin 1c at the tip of the welding tool 1 and the work W, and the tool pin is as shown in FIG. The pushing operation of immersing 1c into the workpiece W and immersing it up to a predetermined pushing amount while rotating the welding tool 1 is performed.

この押し込み動作では、アーム５０が加圧力に応じて撓むため、裏当て部材５２が接合ツール１の押し込み動作に対して逃げてしまう。よって接合ツール１を目標の押し込み量まで押込むために、弾性変形量δ分を補正して接合ツール１の位置決め動作を行っている。 In this pushing operation, the arm 50 bends according to the applied pressure, so that the backing member 52 escapes with respect to the pushing operation of the joining tool 1. Therefore, in order to push the welding tool 1 to the target pushing amount, the positioning operation of the welding tool 1 is performed by correcting the elastic deformation amount δ.

ワークＷの表面に接合ツール１のショルダー部１ｂを接触させ、目標位置まで接合ツール１を没入させた後、加圧軸２は停止し、加圧軸２を停止させたまま、図６（ｃ）のように、接合ツール１を回転させながらワークＷの表面に沿って矢印ＹＡ方向に移動させるオフセット動作を行う。このオフセット動作において、接合ツール１が傾斜しているので、接合ツール１の進行方向ＹＡのワーク母材が接合ツール１の先端のショルダー部１ｂにクサビ状に流入し、このワーク母材の流入が動圧を発生させ、接合ツール１を押し込み方向に対して押し戻す浮力が発生する。接合ツール１の傾斜角αに応じた浮力が発生することによって、アーム５０の弾性変形によって保持されていた加圧力をある程度打ち消すことができる。 After the shoulder 1b of the welding tool 1 is brought into contact with the surface of the workpiece W and the welding tool 1 is immersed to the target position, the pressing shaft 2 is stopped and the pressing shaft 2 is stopped, as shown in FIG. ), An offset operation is performed in which the welding tool 1 is moved in the direction of arrow YA along the surface of the workpiece W while rotating. In this offset operation, since the joining tool 1 is inclined, the workpiece base material in the traveling direction YA of the joining tool 1 flows into the shoulder portion 1b at the tip of the joining tool 1 in a wedge shape. A buoyancy is generated that generates dynamic pressure and pushes the welding tool 1 back in the pushing direction. By generating a buoyancy according to the inclination angle α of the welding tool 1, it is possible to cancel the applied pressure held by the elastic deformation of the arm 50 to some extent.

よって、定盤などに比べて剛性が低いアーム５０を用いた構成においても、接合ツール１の傾斜角が０°の場合に比べ、接合ツール１を傾斜させることによって、接合ツール１が過度にワークＷに押込まれることを防止することができる。つまり、ツールピン１ｃの先端と裏当て部材５２との間に残り厚さεを確保することができ、それにより、オフセット動作開始点の押し込み量を深く設定することが可能となり、接合強度を向上させることができるようになる。 Therefore, even in the configuration using the arm 50 having a lower rigidity than that of the surface plate or the like, the joining tool 1 is excessively moved by inclining the joining tool 1 as compared with the case where the inclination angle of the joining tool 1 is 0 °. Pushing into W can be prevented. That is, the remaining thickness ε can be ensured between the tip of the tool pin 1c and the backing member 52, thereby making it possible to set the pressing amount of the offset operation start point deeply and improving the bonding strength. To be able to.

目標距離オフセット動作を行った後は、図６（ｄ）のように、加圧軸２を逆駆動させて、接合ツール１をワークＷより退避させる。 After performing the target distance offset operation, as shown in FIG. 6D, the pressing shaft 2 is reversely driven to retract the welding tool 1 from the workpiece W.

《比較例》
図７及び図８は比較例を示している。
この比較例では、図７に示すように、接合ツール１の軸線Ｑは、ワークＷの表面の法線方向Ｈｓに対して傾斜せずに傾斜角０°として配置されている。《Comparative example》
7 and 8 show a comparative example.
In this comparative example, as shown in FIG. 7, the axis Q of the welding tool 1 is arranged at an inclination angle of 0 ° without being inclined with respect to the normal direction Hs of the surface of the workpiece W.

押し込み動作は、第１実施例と同じように、図８（ａ）のように、接合ツール１を回転させながら所定の押し込み量まで没入させる。 As in the first embodiment, the push-in operation is performed until the predetermined push-in amount is immersed while rotating the welding tool 1 as shown in FIG.

しかしながら、オフセット動作では、接合ツール１の傾斜角が０°なので、第１実施例で発生したような浮力は発生しない。よって、オフセット動作でも、アーム５０の弾性変形によって保持されていた加圧力によって押し込み動作を行いながら、オフセット動作を行うことになる。接合ツール１がワークＷに押込まれるに従ってアーム５０の弾性変形量δは減少し、裏当て部材５２〜接合ツール１間の距離、つまりワークＷ残厚が減少する。よって、図８（ｂ）のように、オフセット動作開始点での押し込み量より、オフセット動作終点での押し込み量が深くなる。 However, in the offset operation, since the inclination angle of the joining tool 1 is 0 °, the buoyancy generated in the first embodiment is not generated. Therefore, even in the offset operation, the offset operation is performed while performing the push-in operation with the applied pressure held by the elastic deformation of the arm 50. As the welding tool 1 is pushed into the workpiece W, the elastic deformation amount δ of the arm 50 decreases, and the distance between the backing member 52 and the welding tool 1, that is, the remaining thickness of the workpiece W decreases. Therefore, as shown in FIG. 8B, the push amount at the offset operation end point becomes deeper than the push amount at the offset operation start point.

オフセット動作開始点での押し込み量より、オフセット動作終点での押し込み量がより深くなると、特に薄肉のワークＷを接合する場合や、比較的長い距離を接合ツール１が移動する場合には、オフセット動作終点での押し込み量が深くなり、ワーク残厚が減少し、条件によってはワークＷを突き抜けてしまうという問題が生じる。また、ワーク突き抜けを防止するために、オフセット動作開始点での押し込み量を小さくすると十分な強度が得られない。 When the push amount at the offset operation end point becomes deeper than the push amount at the offset operation start point, especially when the thin workpiece W is joined or when the joining tool 1 moves over a relatively long distance, the offset operation is performed. The pushing amount at the end point becomes deep, the work remaining thickness decreases, and there arises a problem that the work W penetrates depending on conditions. Further, if the pushing amount at the offset operation start point is reduced in order to prevent the workpiece from penetrating, sufficient strength cannot be obtained.

《第２実施例》
第２実施例では、第１実施例における押し込み動作時加圧力とオフセット動作時加圧力とが同じになるよう、オフセット速度を一定に制御した。 << Second Embodiment >>
In the second embodiment, the offset speed is controlled to be constant so that the pressing force during the pushing operation and the pressing force during the offset operation in the first embodiment are the same.

例えば、板厚２ｍｍ、２枚のアルミ板を重ね合せ接合を行う場合、接合ツールショルダ径１０ｍｍ、接合ツール先端ピンＭ４ねじ形状、接合ツール先端ピン高さ３ｍｍ、接合ツール傾斜角３°、押し込み時加圧力５ｋＮ、接合ツール回転数３０００ｒｐｍ、オフセット開始点での押し込み量３．１ｍｍにおいて、オフセット速度２０ｍｍ／ｓとしたとき、オフセット動作加圧力が約５ｋＮとなり、オフセット動作中のアーム弾性変形量もほぼ一定に保っていた。加圧軸は停止しているので、接合ツール〜裏当て部材間距離、つまり、ワーク残厚もほぼ一定である。 For example, when two sheets of aluminum plate are overlapped and joined, the joining tool shoulder diameter is 10 mm, the joining tool tip pin M4 thread shape, the joining tool tip pin height is 3 mm, the joining tool tilt angle is 3 °, and the time of pushing When the applied pressure is 5 kN, the welding tool rotation speed is 3000 rpm, and the pushing amount at the offset start point is 3.1 mm, when the offset speed is 20 mm / s, the offset operating pressure is about 5 kN, and the arm elastic deformation during the offset operation is almost the same. Kept constant. Since the pressing shaft is stopped, the distance between the joining tool and the backing member, that is, the remaining workpiece thickness is substantially constant.

《第３実施例》
第３実施例では、第１実施例における押し込み動作時加圧力とオフセット動作時加圧力とが同じになるよう、オフセット荷重を一定に制御した。 << Third embodiment >>
In the third embodiment, the offset load is controlled to be constant so that the pressing force during the pushing operation and the pressing force during the offset operation in the first embodiment are the same.

例えば、板厚２ｍｍ、２枚のアルミ板を重ね合せ接合を行う場合、接合ツールショルダ径１０ｍｍ、接合ツール先端ピンＭ４ねじ形状、接合ツール先端ピン高さ３ｍｍ、接合ツール傾斜角３°、押し込み時加圧力５ｋＮ、接合ツール回転数３０００ｒｐｍ、オフセット開始点での押し込み量３．１ｍｍにおいて、オフセット荷重５００Ｎとしたとき、オフセット動作加圧力が約５ｋＮとなり、オフセット動作中のアーム弾性変形量もほぼ一定に保っていた。加圧軸は停止しているので、接合ツール〜裏当て部材間距離、つまり、ワーク残厚もほぼ一定である。 For example, when two sheets of aluminum plate are overlapped and joined, the joining tool shoulder diameter is 10 mm, the joining tool tip pin M4 thread shape, the joining tool tip pin height is 3 mm, the joining tool tilt angle is 3 °, and the time of pushing When the applied pressure is 5kN, the welding tool rotation speed is 3000rpm, and the pushing amount at the offset start point is 3.1mm, when the offset load is 500N, the offset operating pressure is about 5kN, and the amount of elastic deformation of the arm during the offset operation is almost constant. I kept it. Since the pressing shaft is stopped, the distance between the joining tool and the backing member, that is, the remaining workpiece thickness is substantially constant.

上記第２実施例、第３実施例は、押し込み動作においてアーム５０の弾性変形によって保持されていた加圧力とオフセット動作での浮力がつりあうことになるから、オフセット動作において押し込み量が増加することはない。よって、オフセット動作開始点の押し込み量を深く設定でき、接合強度を向上させることができる。 In the second and third embodiments, the pressing force held by the elastic deformation of the arm 50 in the pushing operation balances with the buoyancy in the offset operation, so that the pushing amount increases in the offset operation. Absent. Therefore, the pressing amount of the offset operation start point can be set deeply, and the bonding strength can be improved.

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。 In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above, A deformation | transformation, improvement, etc. are possible suitably. In addition, the material, shape, dimensions, number, arrangement location, and the like of each component in the above-described embodiment are arbitrary and are not limited as long as the present invention can be achieved.

Ｍ摩擦撹拌接合装置
１接合ツール
１ａツール本体
１ｂショルダー部
１ｃツールピン
２加圧軸
３オフセット軸
４旋回軸
１３案内レール（基体）
３０スピンドル（ツール保持部）
４２加圧軸モータ
４３オフセット軸モータ
４４旋回軸モータ（回転駆動手段）
５０アーム
５２裏当て部材
Ｗワーク
Ｑ接合ツールの中心軸（回転軸線） M Friction stir welding apparatus 1 Joining tool 1a Tool body 1b Shoulder part 1c Tool pin 2 Pressure shaft 3 Offset shaft 4 Turning shaft 13 Guide rail (base)
30 spindle (tool holder)
42 Pressurizing shaft motor 43 Offset shaft motor 44 Turning shaft motor (rotation drive means)
50 Arm 52 Backing member W Work Q Joint tool center axis (rotation axis)

Claims

接合すべき板状のワークの裏面を支持する裏当て部材と、
前記ワークの表面側に、前記裏当て部材との間に前記ワークを挟むように位置する接合ツールと、
前記接合ツールを保持するツール保持部と、
前記ツール保持部をその回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面の法線方向に沿って変位駆動することで、前記接合ツールを前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動して、回転する前記接合ツールの先端を前記ワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化した前記ワークの材料の内部に前記接合ツールの先端を押し込むと共にその押し込み量を調節する押し込み動作を行う加圧軸と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行うオフセット軸と、
前記ツール保持部を回転自在および前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動自在かつ前記ワークの表面方向に沿った方向に移動自在に支持する基体と、
該基体から延設されて、先端に前記裏当て部材が設けられたアームと、
前記回転駆動手段、前記加圧軸、およびオフセット軸を駆動制御する制御手段と、
を備えた摩擦攪拌接合装置であって、
前記接合ツールは、ツール本体の先端面に該ツール本体よりも小径なピンを突設し、該ツール本体の先端面におけるピンの取付部の周辺をショルダー部として構成したものであり、前記接合ツールの軸線が、前記ワークの表面の法線方向に対して、前記オフセット動作における前記接合ツールの進行方向に該接合ツールの先端が先行するように僅かに傾斜しており、
前記制御手段は、前記接合ツールを前記回転駆動手段により回転させながら、前記加圧軸を駆動して前記ワークの表面に前記接合ツールの先端のピンを押し付け、所定の深さまで前記接合ツールの先端のピンを没入させる押し込み動作を行った後、前記加圧軸による押し込み動作を停止し、前記ワークに対する接合ツールの押し込み量を一定に保持した状態で、前記接合ツールを回転させながら、前記ワークの表面に沿って前記接合ツールを移動させるオフセット動作を行い、目標距離だけオフセット動作を行った後に、前記加圧軸を押し込み動作の時と逆方向に駆動させて、前記接合ツールを前記ワークより退避させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置。 A backing member that supports the back side of the plate-like workpieces to be joined;
A bonding tool located on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece between the backing member;
A tool holding unit for holding the joining tool;
A rotation driving means for rotating the tool holding portion around its rotation axis;
The tip of the joining tool that rotates by moving the joining tool in a direction along the normal direction of the surface of the workpiece by driving the tool holding portion to move along the normal direction of the surface of the workpiece. A pressing shaft that presses the surface of the workpiece and presses the tip of the welding tool into the workpiece material softened by frictional heat and performs a pressing operation to adjust the pressing amount;
An offset shaft for performing an offset operation for moving the tool holding portion along the surface direction of the workpiece;
A base for supporting the tool holding portion rotatably and in a direction along a normal direction of the surface of the workpiece and movably in a direction along the surface direction of the workpiece;
An arm extending from the base and provided with the backing member at the tip;
Control means for driving and controlling the rotation driving means, the pressure shaft, and the offset shaft;
A friction stir welding apparatus comprising:
The joining tool is configured such that a pin having a diameter smaller than that of the tool main body is protruded from the front end surface of the tool main body, and the periphery of the pin mounting portion on the front end surface of the tool main body is configured as a shoulder portion. Is inclined slightly with respect to the normal direction of the surface of the workpiece so that the tip of the welding tool precedes the direction of travel of the welding tool in the offset operation,
The control means drives the pressurizing shaft while rotating the welding tool by the rotation driving means to press the pin at the tip of the welding tool against the surface of the workpiece, and the tip of the welding tool to a predetermined depth. After the pushing operation for immersing the pin of the workpiece is stopped, the pushing operation by the pressure shaft is stopped, and the welding tool is rotated while the joining tool is rotated while the pushing amount of the joining tool to the workpiece is kept constant. An offset operation is performed to move the welding tool along the surface, and after performing the offset operation by a target distance, the pressure tool is driven in the opposite direction to the pushing operation to retract the welding tool from the workpiece. A friction stir welding apparatus characterized in that

前記制御手段は、押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット速度を一定に制御することを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置。 2. The friction stirrer according to claim 1, wherein the control unit controls the offset speed at the time of the offset operation to be constant so that the pressure force at the time of the pushing operation and the pressure force at the time of the offset operation become the same. Joining device.

前記制御手段は、押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット荷重を一定に制御することを特徴とする請求項１に記載の摩擦攪拌接合装置。 2. The friction stirrer according to claim 1, wherein the control unit controls the offset load at the time of the offset operation to be constant so that the pressure force at the time of the pushing operation and the pressure force at the time of the offset operation become the same. Joining device.

接合すべき板状のワークの裏面を支持する裏当て部材と、
前記ワークの表面側に、前記裏当て部材との間に前記ワークを挟むように位置する接合ツールと、
前記接合ツールを保持するツール保持部と、
前記ツール保持部をその回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面の法線方向に沿って変位駆動することで、前記接合ツールを前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動して、回転する前記接合ツールの先端を前記ワークの表面に押し付け、摩擦熱で軟化した前記ワークの材料の内部に前記接合ツールの先端を押し込むと共にその押し込み量を調節する押し込み動作を行う加圧軸と、
前記ツール保持部を前記ワークの表面方向に沿って移動させるオフセット動作を行うオフセット軸と、
前記ツール保持部を回転自在および前記ワークの表面の法線方向に沿った方向に移動自在かつ前記ワークの表面方向に沿った方向に移動自在に支持する基体と、
該基体から延設されて、先端に前記裏当て部材が設けられたアームと、を備え、
前記接合ツールは、ツール本体の先端面に該ツール本体よりも小径なピンを突設し、該ツール本体の先端面におけるピンの取付部の周辺をショルダー部として構成したものであり、前記接合ツールの軸線が、前記ワークの表面の法線方向に対して、前記オフセット動作における前記接合ツールの進行方向に該接合ツールの先端が先行するように僅かに傾斜した摩擦攪拌接合装置を用いた摩擦攪拌接合方法であって、
前記接合ツールを前記回転駆動手段により回転させながら、前記加圧軸を駆動して前記ワークの表面に前記接合ツールの先端のピンを押し付け、所定の深さまで前記接合ツールの先端のピンを没入させる押し込み動作を行った後、前記加圧軸による押し込み動作を停止し、前記ワークに対する接合ツールの押し込み量を一定に保持した状態で、前記接合ツールを回転させながら、前記ワークの表面に沿って前記接合ツールを移動させるオフセット動作を行い、目標距離だけオフセット動作を行った後に、前記加圧軸を押し込み動作の時と逆方向に駆動させて、前記接合ツールを前記ワークより退避させることを特徴とする摩擦攪拌接合装置の摩擦攪拌接合方法。 A backing member that supports the back side of the plate-like workpieces to be joined;
A bonding tool located on the surface side of the workpiece so as to sandwich the workpiece between the backing member;
A tool holding unit for holding the joining tool;
A rotation driving means for rotating the tool holding portion around its rotation axis;
The tip of the joining tool that rotates by moving the joining tool in a direction along the normal direction of the surface of the workpiece by driving the tool holding portion to move along the normal direction of the surface of the workpiece. A pressing shaft that presses the surface of the workpiece and presses the tip of the welding tool into the workpiece material softened by frictional heat and performs a pressing operation to adjust the pressing amount;
An offset shaft for performing an offset operation for moving the tool holding portion along the surface direction of the workpiece;
A base for supporting the tool holding portion rotatably and in a direction along a normal direction of the surface of the workpiece and movably in a direction along the surface direction of the workpiece;
An arm extending from the base body and provided with the backing member at the tip,
The joining tool is configured such that a pin having a diameter smaller than that of the tool main body is protruded from the front end surface of the tool main body, and the periphery of the pin mounting portion on the front end surface of the tool main body is configured as a shoulder portion. Friction stirrer using a friction stir welding apparatus whose axis is slightly inclined with respect to the normal direction of the surface of the workpiece so that the tip of the welding tool precedes the traveling direction of the welding tool in the offset operation A joining method,
While the welding tool is rotated by the rotation drive means, the pressure shaft is driven to press the pin at the tip of the welding tool against the surface of the workpiece, and the pin at the tip of the welding tool is inserted to a predetermined depth. After performing the pushing operation, the pushing operation by the pressure shaft is stopped, and while the amount of pushing of the welding tool to the workpiece is kept constant, the welding tool is rotated along the surface of the workpiece while rotating. An offset operation for moving the welding tool is performed, and after performing the offset operation for a target distance, the pressing tool is driven in a direction opposite to that of the pushing operation to retract the welding tool from the workpiece. A friction stir welding method for a friction stir welding apparatus.

押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット速度を一定に制御することを特徴とする請求項４に記載の摩擦攪拌接合方法。 The friction stir welding method according to claim 4, wherein the offset speed during the offset operation is controlled to be constant so that the pressure during the pushing operation and the pressure during the offset operation are the same.

押し込み動作時の加圧力とオフセット動作時の加圧力とが同じになるように、オフセット動作時のオフセット荷重を一定に制御することを特徴とする請求項４に記載の摩擦攪拌接合方法。 5. The friction stir welding method according to claim 4, wherein the offset load during the offset operation is controlled to be constant so that the pressure during the pushing operation and the pressure during the offset operation are the same.