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JP6148222B2 - Friction stir welding method and friction stir welding apparatus - Google Patents

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JP6148222B2 JP2014228523A JP2014228523A JP6148222B2 JP 6148222 B2 JP6148222 B2 JP 6148222B2 JP 2014228523 A JP2014228523 A JP 2014228523A JP 2014228523 A JP2014228523 A JP 2014228523A JP 6148222 B2 JP6148222 B2 JP 6148222B2
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Description

本発明は、ボビンツールを直線的又は曲線的に移動させて第1ワーク及び第2ワークを連続的に接合する摩擦撹拌接合方法及び摩擦撹拌接合装置に関する。   The present invention relates to a friction stir welding method and a friction stir welding apparatus for continuously joining a first workpiece and a second workpiece by moving a bobbin tool linearly or curvedly.

特許文献1には、ボビンツールを用いた摩擦撹拌接合(FSW:Friction Stir Welding)を行うFSW装置及びFSWの方法が開示されている(要約、[0001])。特許文献1のボビンツール1は、上側ショルダ10(上側押圧部材)と、下側ショルダ11(下側押圧部材)と、撹拌軸12(母材撹拌軸)を用いる(要約、図1〜図4等)。   Patent Document 1 discloses an FSW apparatus and a FSW method for performing Friction Stir Welding (FSW) using a bobbin tool (summary, [0001]). The bobbin tool 1 of Patent Document 1 uses an upper shoulder 10 (upper pressing member), a lower shoulder 11 (lower pressing member), and a stirring shaft 12 (base material stirring shaft) (summary, FIGS. 1 to 4). etc).

特許文献1では、穴8の径と同型の円筒状の充填材15を撹拌軸12に嵌合させて穴8を塞いだ状態で接合開始を行うことを検討している([0038]、図1(C))。   In Patent Document 1, it is considered to start joining in a state in which a cylindrical filler 15 having the same diameter as the hole 8 is fitted to the stirring shaft 12 and the hole 8 is closed ([0038], FIG. 1 (C)).

加えて、特許文献1では、内周面にスプライン溝状の回転規制部16を設けた嵌合穴8Aを形成する。また、撹拌軸12に嵌合穴8Aと雄雌状に嵌着される、外周面にスプライン突起状の回転規制部17が設けられたテーパ(円錐台)状の母材と同材質の充填材15Aを取り付ける。そして、充填材15Aを備えたボビンツール1を嵌合穴8Aに嵌装することにより回転規制部16、17同士を嵌合し、且つ軸方向規制を行うテーパ部によって充填材15Aと母材嵌合穴8Aが常に面一で嵌合する(図2(A)、[0039])。   In addition, in Patent Document 1, a fitting hole 8A in which a spline groove-shaped rotation restricting portion 16 is provided on the inner peripheral surface is formed. Further, the filler is made of the same material as the taper (conical frustum) -shaped base material, which is fitted in the stirrer shaft 12 in a male-female shape with a fitting hole 8A and provided with a spline-projection-shaped rotation restricting portion 17 on the outer peripheral surface. Install 15A. Then, by fitting the bobbin tool 1 having the filler 15A into the fitting hole 8A, the rotation restricting portions 16 and 17 are fitted to each other, and the filler 15A and the base material are fitted by the taper portion that restricts the axial direction. The joint hole 8A is always fitted flush (FIG. 2 (A), [0039]).

特開2004−216435号公報JP 2004-216435 A

上記のように、特許文献1のボビンツール1では、スプライン溝状の回転規制部16を設けた嵌合穴8Aを母材(第1ワーク及び第2ワーク)の内周面に形成する。加えて、嵌合穴8Aと雄雌状に嵌着される充填材15A(スペーサ)の外周面に、スプライン突起状の回転規制部17を設ける。これにより、充填材15Aの回転を規制する。   As described above, in the bobbin tool 1 of Patent Document 1, the fitting hole 8A provided with the spline groove-shaped rotation restricting portion 16 is formed on the inner peripheral surface of the base material (first workpiece and second workpiece). In addition, a spline-projecting rotation restricting portion 17 is provided on the outer peripheral surface of the filler 15A (spacer) fitted into the fitting hole 8A and male and female. Thereby, rotation of 15 A of fillers is controlled.

しかしながら、嵌合穴8Aの回転規制部16と充填材15Aの回転規制部17とを組み合わせるのみでは、回転を規制する強度の点で改善の余地がある。   However, there is room for improvement in terms of strength for restricting rotation only by combining the rotation restricting portion 16 of the fitting hole 8A and the rotation restricting portion 17 of the filler 15A.

本発明は上記のような課題を考慮してなされたものであり、第1ワーク及び第2ワークの境界部に形成した貫通孔の内部においてスペーサの回転を確実に規制することが可能な摩擦撹拌接合方法及び摩擦撹拌接合装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and is a friction stirrer that can reliably regulate the rotation of the spacer inside the through hole formed in the boundary part between the first workpiece and the second workpiece. An object is to provide a joining method and a friction stir welding apparatus.

本発明に係る摩擦撹拌接合方法(FSW方法)は、第1ショルダと、第1ワーク及び第2ワークの境界部を挟んで前記第1ショルダと対向配置される第2ショルダと、前記第2ショルダを支持すると共に前記境界部を撹拌する撹拌軸とを備えるボビンツールを用いて前記第1ワーク及び前記第2ワークを摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合方法であって、前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かう方向に見たとき非円形となる柱状であり且つ前記第2ショルダを通過させる貫通孔を、前記第1ワーク及び前記第2ワークの前記境界部に形成する貫通孔形成ステップと、前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かう方向に見たとき非円形となる柱状であるスペーサを、前記第1ショルダと前記第2ショルダの間且つ前記撹拌軸の周囲において配置するスペーサ配置ステップと、前記第2ショルダを前記貫通孔に通過させ且つ前記スペーサ及び前記撹拌軸を前記貫通孔内に配置した状態で前記摩擦撹拌接合を開始して摩擦撹拌接合部材を生成する摩擦撹拌接合ステップとを有することを特徴とする。   A friction stir welding method (FSW method) according to the present invention includes a first shoulder, a second shoulder disposed opposite to the first shoulder with a boundary between the first workpiece and the second workpiece, and the second shoulder. A friction stir welding method for friction stir welding of the first workpiece and the second workpiece using a bobbin tool having a stirrer shaft that stirs the boundary portion while supporting the first and second workpieces. A through-hole forming step of forming a through-hole that is non-circular when viewed in a direction toward the shoulder and that passes through the second shoulder at the boundary between the first workpiece and the second workpiece; and A spacer that is a non-circular column when viewed in the direction from the first shoulder toward the second shoulder is disposed between the first shoulder and the second shoulder and around the stirring shaft. The friction stir welding member is generated by starting the friction stir welding in a state in which the second shoulder is passed through the through hole and the spacer and the stirring shaft are disposed in the through hole. And a friction stir welding step.

本発明によれば、貫通孔及びスペーサは、第1ショルダから第2ショルダに向かって見たとき非円形となる柱状である。これにより、第1ショルダから第2ショルダに向かって見たとき貫通孔及びスペーサが円形である場合と比較して、スペーサは、貫通孔内部で回転を確実に規制することが可能となる。   According to the present invention, the through hole and the spacer have a columnar shape that is non-circular when viewed from the first shoulder toward the second shoulder. Thereby, compared with the case where a through-hole and a spacer are circular when seeing toward a 2nd shoulder from a 1st shoulder, it becomes possible for a spacer to control rotation within a through-hole reliably.

加えて、貫通孔及びスペーサを柱状とするため、貫通孔及びスペーサの加工を簡易に行うことが可能となる。なお、ここにいう柱状とは、第1ショルダから第2ショルダに向かう方向において、同じ断面が連続する形状を意味する。
前記スペーサは、前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かう方向における断面を全て同じとすることができる。
In addition, since the through hole and the spacer are columnar, the through hole and the spacer can be easily processed. In addition, column shape here means the shape where the same cross section continues in the direction which goes to a 2nd shoulder from a 1st shoulder.
The spacers may have the same cross section in the direction from the first shoulder toward the second shoulder.

前記スペーサ配置ステップは、前記第2ショルダに前記貫通孔を通過させる前に行ってもよい。これにより、第1ショルダと第2ショルダの間にスペーサを介在させた状態で第2ショルダに貫通孔を通過させて第1ショルダ及び第2ショルダを摩擦撹拌接合の開始位置に配置し、そのまま摩擦撹拌接合を開始する。このため、撹拌軸に貫通孔を通過させた後に第2ショルダを撹拌軸に固定する作業を不要とすることができる。従って、摩擦撹拌接合を開始する際の作業性を向上することが可能となる。   The spacer arranging step may be performed before the second shoulder is passed through the through hole. As a result, with the spacer interposed between the first shoulder and the second shoulder, the through hole is passed through the second shoulder, and the first and second shoulders are arranged at the start position of the friction stir welding, and the friction is maintained as it is. Start stir welding. For this reason, the work of fixing the second shoulder to the stirring shaft after passing the through hole through the stirring shaft can be made unnecessary. Therefore, it is possible to improve workability when starting friction stir welding.

前記第2ショルダを円柱状又は円筒状とし、前記貫通孔に、前記第2ショルダより大きい径の円形孔部と、前記円形孔部から突出する突出孔部とを含ませ、前記スペーサに、前記円形孔部に嵌め込まれる円形スペーサ部と、前記突出孔部に嵌め込まれる突出スペーサ部とを含ませ、前記突出孔部及び前記突出スペーサ部を前記撹拌軸の進行方向に沿って配置してもよい。これにより、摩擦撹拌接合開始時のスペーサの固定を確保しつつ、少なくとも突出孔部に対応する部分については、スペーサと第1・第2ワークとの境界を消すことが可能となる。   The second shoulder is formed into a columnar shape or a cylindrical shape, and the through hole includes a circular hole portion having a diameter larger than the second shoulder, and a protruding hole portion protruding from the circular hole portion, and the spacer includes the A circular spacer portion fitted into the circular hole portion and a protruding spacer portion fitted into the protruding hole portion may be included, and the protruding hole portion and the protruding spacer portion may be arranged along the advancing direction of the stirring shaft. . Accordingly, it is possible to eliminate the boundary between the spacer and the first and second workpieces at least at a portion corresponding to the protruding hole while securing the spacer at the start of friction stir welding.

本発明に係る摩擦撹拌接合装置は、第1ショルダと、第1ワーク及び第2ワークの境界部を挟んで前記第1ショルダと対向配置される第2ショルダと、前記第2ショルダを支持すると共に前記境界部を撹拌する撹拌軸とを備えるボビンツールを有するものであって、前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かって見たとき非円形となる柱状であり且つ摩擦撹拌接合の開始前に前記第1ショルダと前記第2ショルダの間且つ前記撹拌軸の周囲に嵌め込まれるスペーサを備えることを特徴とする。   The friction stir welding apparatus according to the present invention supports the first shoulder, the second shoulder disposed opposite to the first shoulder across the boundary between the first workpiece and the second workpiece, and the second shoulder. A bobbin tool having a stirring shaft that stirs the boundary, and is a columnar shape that is non-circular when viewed from the first shoulder toward the second shoulder, and before the start of friction stir welding A spacer is provided between the first shoulder and the second shoulder and around the stirring shaft.

本発明によれば、第1ワーク及び第2ワークの境界部に形成した貫通孔の内部においてスペーサの回転を確実に規制することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to reliably regulate the rotation of the spacer inside the through hole formed in the boundary portion between the first workpiece and the second workpiece.

本発明の第1実施形態に係る摩擦撹拌接合装置を含む摩擦撹拌接合システムの構成を簡略的に示すブロック図である。It is a block diagram which shows simply the structure of the friction stir welding system containing the friction stir welding apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態の前記摩擦撹拌接合システムにおいて、ボビンツールをFSWの開始位置に移動する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a bobbin tool is moved to the starting position of FSW in the said friction stir welding system of 1st Embodiment. 第1実施形態における第1ワーク及び第2ワークを簡略的に示す平面図である。It is a top view which shows the 1st workpiece | work and 2nd workpiece | work in 1st Embodiment simply. 第1実施形態において、前記第1ワーク及び前記第2ワークの境界部に前記ボビンツールを配置した状態を簡略的に示す図である。In 1st Embodiment, it is a figure which shows simply the state which has arrange | positioned the said bobbin tool in the boundary part of the said 1st workpiece | work and the said 2nd workpiece | work. 第1実施形態のスペーサの平面図である。It is a top view of the spacer of a 1st embodiment. 第1実施形態におけるFSWのフローチャートである。It is a flowchart of FSW in 1st Embodiment. 第2実施形態に係る摩擦撹拌接合装置を含む摩擦撹拌接合システムにおいて、ボビンツールをFSWの開始位置に移動する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that a bobbin tool is moved to the starting position of FSW in the friction stir welding system containing the friction stir welding apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態における第1ワーク及び第2ワークを簡略的に示す平面図である。It is a top view which shows the 1st workpiece | work and 2nd workpiece | work in 2nd Embodiment simply. 第2実施形態のスペーサの平面図である。It is a top view of the spacer of a 2nd embodiment. 変形例に係る第1ワーク及び第2ワークを簡略的に示す平面図である。It is a top view which shows simply the 1st workpiece | work and 2nd workpiece | work which concern on a modification. 変形例に係るスペーサの平面図である。It is a top view of the spacer which concerns on a modification.

A.第1実施形態
[A1.摩擦撹拌接合システム10の構成]
(A1−1.全体構成)
図1は、本発明の第1実施形態に係る摩擦撹拌接合装置18(以下「FSW装置18」という。)を含む摩擦撹拌接合システム10(以下「FSWシステム10」という。)の構成を簡略的に示すブロック図である。FSWシステム10は、FSW装置18に加え、ワーク搬送装置12(以下「搬送装置12」ともいう。)と、ワーク支持装置14(以下「支持装置14」ともいう。)と、孔開け装置16とを備える。
A. First embodiment [A1. Configuration of friction stir welding system 10]
(A1-1. Overall configuration)
FIG. 1 shows a simplified configuration of a friction stir welding system 10 (hereinafter referred to as “FSW system 10”) including a friction stir welding apparatus 18 (hereinafter referred to as “FSW device 18”) according to the first embodiment of the present invention. It is a block diagram shown in FIG. In addition to the FSW device 18, the FSW system 10 includes a work transfer device 12 (hereinafter also referred to as “transfer device 12”), a work support device 14 (hereinafter also referred to as “support device 14”), and a punching device 16. Is provided.

図2は、第1実施形態のFSWシステム10において、ボビンツール30をFSWの開始位置に移動する様子を示す図である。図2において、X1、X2は前後方向(ボビンツール30の進行方向)を、Y1、Y2は左右方向を、Z1、Z2は上下方向を示している(その他の図においても同様である。)。また、図2中の矢印300は、ボビンツール30の移動方向を示している。FSWシステム10では、第1被接合材W1(以下「第1ワークW1」又は「ワークW1」ともいう。)及び第2被接合材W2(以下「第2ワークW2」又は「ワークW2」ともいう。)の境界部302に対してFSWを行う。   FIG. 2 is a diagram illustrating how the bobbin tool 30 is moved to the start position of the FSW in the FSW system 10 of the first embodiment. In FIG. 2, X1 and X2 indicate the front-rear direction (traveling direction of the bobbin tool 30), Y1 and Y2 indicate the left-right direction, and Z1 and Z2 indicate the up-and-down direction (the same applies to other drawings). An arrow 300 in FIG. 2 indicates the moving direction of the bobbin tool 30. In the FSW system 10, a first workpiece W1 (hereinafter also referred to as “first workpiece W1” or “work W1”) and a second workpiece W2 (hereinafter also referred to as “second workpiece W2” or “work W2”). FSW is performed on the boundary 302 of FIG.

(A1−2.ワーク搬送装置12)
ワーク搬送装置12は、例えば、図示しないロボットアーム、搬送制御装置等を備え、作業者200からの入力操作に基づいて第1・第2ワークW1、W2をワーク支持装置14の所定位置まで搬送する。また、搬送装置12は、作業者200からの入力操作に基づいて、FSWを終えた第1・第2ワークW1、W2(以下「FSW部材Wf」ともいう。)をワーク支持装置14から取り出して別工程に搬送する。なお、ワーク搬送装置12の代わりに、作業者200が第1・第2ワークW1、W2の搬送を行うことも可能である。なお、FSWシステム10全体を制御する制御装置(システム制御装置)が存在する場合、ワーク搬送装置12の動作は、当該システム制御装置からの指令に基づいて行ってもよい(ワーク支持装置14、孔開け装置16及びFSW装置18も同様である。)。
(A1-2. Work transfer device 12)
The workpiece transfer device 12 includes, for example, a robot arm and a transfer control device (not shown), and transfers the first and second workpieces W1 and W2 to a predetermined position of the workpiece support device 14 based on an input operation from the operator 200. . Further, based on an input operation from the operator 200, the transport device 12 takes out the first and second workpieces W <b> 1 and W <b> 2 (hereinafter also referred to as “FSW member Wf”) that have finished the FSW from the workpiece support device 14. Transport to another process. Instead of the workpiece transfer device 12, the worker 200 can transfer the first and second workpieces W1 and W2. When there is a control device (system control device) that controls the entire FSW system 10, the operation of the work transfer device 12 may be performed based on a command from the system control device (work support device 14, hole The same applies to the opening device 16 and the FSW device 18.)

(A1−3.ワーク支持装置14)
ワーク支持装置14は、例えば、図示しない載置台、クランプ装置、支持制御装置等を備え、作業者200からの入力操作に基づいて第1・第2ワークW1、W2を固定する。また、支持装置14は、作業者200からの入力操作に基づいてFSW部材Wfの固定を解除する。なお、ワーク支持装置14の一部の作業(例えば、第1・第2ワークW1、W2の固定)を作業者200自身が行うことも可能である。
(A1-3. Work support device 14)
The work support device 14 includes, for example, a mounting table (not shown), a clamp device, a support control device, and the like, and fixes the first and second works W1 and W2 based on an input operation from the operator 200. Further, the support device 14 releases the fixation of the FSW member Wf based on an input operation from the worker 200. In addition, it is also possible for the worker 200 to perform a part of the work support device 14 (for example, fixing the first and second works W1 and W2).

(A1−4.孔開け装置16)
図3は、第1実施形態における第1ワークW1及び第2ワークW2を簡略的に示す平面図である。図3における一点鎖線は、仮想線である(後述する図5、図8〜図11においても同様である。)。孔開け装置16は、例えば、図示しない加工ドリル、孔開け制御装置等を備える加工装置であり、作業者200からの入力操作に基づいて、第1・第2ワークW1、W2の境界部302に貫通孔304(図2及び図3)を形成する。
(A1-4. Drilling device 16)
FIG. 3 is a plan view schematically showing the first workpiece W1 and the second workpiece W2 in the first embodiment. 3 is a virtual line (the same applies to FIGS. 5 and 8 to 11 described later). The drilling device 16 is, for example, a processing device including a processing drill (not shown), a drilling control device, and the like, and based on an input operation from the operator 200, the boundary portion 302 between the first and second workpieces W1 and W2. The through hole 304 (FIGS. 2 and 3) is formed.

図3に示すように、貫通孔304は、平面視において(ボビンツール30の軸方向において下方に見たとき)非円形であり且つ後述する下ショルダ52が通過可能な大きさである。図2及び図3に示すように、第1実施形態の貫通孔304は、四角柱状であり、平面視において(ボビンツール30の軸方向において下方に見たとき)、矩形状(特に正方形状)をしている。   As shown in FIG. 3, the through hole 304 is non-circular in a plan view (when viewed downward in the axial direction of the bobbin tool 30) and has a size that allows the lower shoulder 52 described later to pass therethrough. As shown in FIGS. 2 and 3, the through hole 304 of the first embodiment has a quadrangular prism shape, and has a rectangular shape (particularly a square shape) in plan view (when viewed downward in the axial direction of the bobbin tool 30). I am doing.

貫通孔304は、仮想的な円柱状(平面視において円形状)の部分(円形孔部306)と、円形孔部306から突出する部分(突出孔部308)とを含む。円形孔部306の直径(貫通孔304の一辺の長さ)は、後述する下ショルダ52の直径Dlよりも大きい。   The through hole 304 includes a virtual cylindrical (circular shape in plan view) portion (circular hole portion 306) and a portion protruding from the circular hole portion 306 (protruding hole portion 308). The diameter of the circular hole portion 306 (the length of one side of the through hole 304) is larger than the diameter Dl of the lower shoulder 52 described later.

(A1−5.FSW装置18)
(A1−5−1.FSW装置18の全体)
FSW装置18は、第1・第2ワークW1、W2に対してFSWを行う。図1に示すように、FSW装置18は、ボビンツール30と、ロボットアーム32と、上ショルダ昇降機構34と、ショルダ回転モータ36(以下「モータ36」ともいう。)と、下ショルダ着脱装置38と、FSW制御装置40(以下「制御装置40」ともいう。)とを備える。
(A1-5. FSW device 18)
(A1-5-1. Entire FSW device 18)
The FSW device 18 performs FSW on the first and second workpieces W1 and W2. As shown in FIG. 1, the FSW device 18 includes a bobbin tool 30, a robot arm 32, an upper shoulder lifting mechanism 34, a shoulder rotation motor 36 (hereinafter also referred to as “motor 36”), and a lower shoulder attachment / detachment device 38. And an FSW control device 40 (hereinafter also referred to as “control device 40”).

(A1−5−2.ボビンツール30)
図4は、第1実施形態において、第1・第2ワークW1、W2の境界部302にボビンツール30を配置した状態を簡略的に示す図である。図4に示すように、ボビンツール30は、上ショルダ50(上側押圧部材、第1回転体)と、下ショルダ52(下側押圧部材、第2回転体)と、ピン54(プローブ、撹拌軸)と、スペーサ56とを有する。
(A1-5-2. Bobbin tool 30)
FIG. 4 is a diagram schematically showing a state in which the bobbin tool 30 is arranged at the boundary portion 302 between the first and second workpieces W1 and W2 in the first embodiment. As shown in FIG. 4, the bobbin tool 30 includes an upper shoulder 50 (upper pressing member, first rotating body), a lower shoulder 52 (lower pressing member, second rotating body), and a pin 54 (probe, stirring shaft). ) And a spacer 56.

上ショルダ50は、第1・第2ワークW1、W2の境界部302を第1方向(例えば、下方向)に向かって押圧しながら回転する。下ショルダ52は、第1・第2ワークW1、W2の境界部302を第1方向とは反対の第2方向(例えば、上方向)に向かって押圧しながら回転する。第1実施形態の上ショルダ50及び下ショルダ52は、それぞれ円柱状又は円筒状の部材である。第1実施形態では上ショルダ50及び下ショルダ52の直径は等しいが、異なる直径としてもよい。上ショルダ50及び下ショルダ52は、第1・第2ワークW1、W2の境界部302に回転状態で押し付けられて第1・第2ワークW1、W2を接合させる。   The upper shoulder 50 rotates while pressing the boundary portion 302 between the first and second workpieces W1 and W2 in the first direction (for example, the downward direction). The lower shoulder 52 rotates while pressing the boundary portion 302 between the first and second workpieces W1 and W2 in a second direction (for example, upward) opposite to the first direction. The upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 of the first embodiment are each a columnar or cylindrical member. In the first embodiment, the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 have the same diameter, but may have different diameters. The upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 are pressed against the boundary portion 302 between the first and second workpieces W1 and W2 in a rotating state to join the first and second workpieces W1 and W2.

図2及び図4に示すように、第1実施形態のFSW装置18では、FSWを開始する前の上ショルダ50及び下ショルダ52は、スペーサ56を挟んでいる。   As shown in FIGS. 2 and 4, in the FSW device 18 of the first embodiment, the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 before starting the FSW sandwich the spacer 56.

ピン54は、その一端が下ショルダ52に固定され、他端がショルダ回転モータ36(図1)の出力軸に連結されている。ピン54は、下ショルダ52を支持すると共に、下ショルダ52と一緒に回転する。これにより、ピン54は、第1・第2ワークW1、W2(及びスペーサ56)を撹拌して接合させる。第1実施形態のピン54は、円柱状又は円筒状であるが、それ以外の柱状、筒状等の形状であってもよい。   One end of the pin 54 is fixed to the lower shoulder 52, and the other end is connected to the output shaft of the shoulder rotation motor 36 (FIG. 1). The pin 54 supports the lower shoulder 52 and rotates together with the lower shoulder 52. Thereby, the pin 54 stirs and joins the first and second workpieces W1 and W2 (and the spacer 56). The pin 54 of the first embodiment has a columnar shape or a cylindrical shape, but may have other columnar shapes, a cylindrical shape, or the like.

図5は、第1実施形態のスペーサ56の平面図である。スペーサ56は、FSW装置18の作業性を向上するために用いられるものであり、図2及び図4に示すように、FSWの開始前において上ショルダ50と下ショルダ52の間且つピン54の周囲に配置される。   FIG. 5 is a plan view of the spacer 56 of the first embodiment. The spacer 56 is used to improve the workability of the FSW device 18, and as shown in FIGS. 2 and 4, before the start of the FSW, between the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 and around the pin 54. Placed in.

図5に示すように、スペーサ56は、仮想的な円柱状(平面視において円形状)の部分(円形スペーサ部60)と、円形スペーサ部60から突出する部分(突出スペーサ部62)とを備える。第1実施形態のスペーサ56は、四角筒状(平面視において四角いリング状)であり、ピン54を通過させる貫通孔64が形成されている。   As shown in FIG. 5, the spacer 56 includes a virtual columnar (circular shape in plan view) portion (circular spacer portion 60) and a portion protruding from the circular spacer portion 60 (protruding spacer portion 62). . The spacer 56 of the first embodiment has a rectangular tube shape (a square ring shape in plan view), and a through hole 64 through which the pin 54 passes is formed.

平面視におけるスペーサ56の幅Ws(Y1−Y2方向)及び奥行きDs(X1−X2方向)は、下ショルダ52の直径Dlと同一又は直径Dlよりも大きい。幅Ws及び奥行きDsは、円形スペーサ部60の直径をも意味する。また、スペーサ56の厚みは、第1・第2ワークW1、W2との厚みと等しく設定される。後述するように、スペーサ56は、その他の形状とすることも可能である。   The width Ws (Y1-Y2 direction) and the depth Ds (X1-X2 direction) of the spacer 56 in plan view are the same as or larger than the diameter Dl of the lower shoulder 52. The width Ws and the depth Ds also mean the diameter of the circular spacer portion 60. The thickness of the spacer 56 is set equal to the thickness of the first and second workpieces W1 and W2. As will be described later, the spacer 56 may have other shapes.

突出スペーサ部62は、上ショルダ50及び下ショルダ52からの回転力がスペーサ56に加わった際、スペーサ56が回転することを防止する回り止めとしての機能を有する。第1実施形態では、4ヶ所の突出スペーサ部62によりスペーサ56の回転を規制する。   The protruding spacer portion 62 has a function as a detent for preventing the spacer 56 from rotating when the rotational force from the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 is applied to the spacer 56. In the first embodiment, the rotation of the spacer 56 is restricted by the four protruding spacer portions 62.

(A1−5−3.ロボットアーム32)
ロボットアーム32(図1)は、ボビンツール30を変位させるもの(ツール変位機構)であり、ツール支持部70、ツール変位モータ72、アーム制御部74等を含む。ツール支持部70は、ボビンツール30を支持する。ツール変位モータ72を作動させることにより、ツール支持部70を介してボビンツール30全体(上ショルダ50、下ショルダ52及びピン54)を変位させる。アーム制御部74は、ツール変位モータ72を介してツール支持部70の変位を制御する。ロボットアーム32以外のツール変位機構(例えば、門型アーム)を用いてもよい。
(A1-5-3. Robot arm 32)
The robot arm 32 (FIG. 1) is for displacing the bobbin tool 30 (tool displacement mechanism), and includes a tool support portion 70, a tool displacement motor 72, an arm control portion 74, and the like. The tool support unit 70 supports the bobbin tool 30. By operating the tool displacement motor 72, the entire bobbin tool 30 (upper shoulder 50, lower shoulder 52 and pin 54) is displaced via the tool support 70. The arm control unit 74 controls the displacement of the tool support unit 70 via the tool displacement motor 72. A tool displacement mechanism (for example, a portal arm) other than the robot arm 32 may be used.

第1実施形態において、ロボットアーム32がボビンツール30を変位させる方向(ツール変位方向)は、上下(鉛直方向)、前後及び左右を含む。或いは、ツール変位方向として、上下(鉛直方向)、前後及び左右を省略することも可能である。その場合、ワーク支持装置14に第1・第2ワークW1、W2を変位させる機構(ワーク変位機構)を設け、ロボットアーム32の不足を補うことも可能である。   In the first embodiment, the direction in which the robot arm 32 displaces the bobbin tool 30 (tool displacement direction) includes up and down (vertical direction), front and rear, and left and right. Alternatively, as the tool displacement direction, it is possible to omit up and down (vertical direction), front and rear, and left and right. In that case, the work support device 14 may be provided with a mechanism (work displacement mechanism) for displacing the first and second works W1 and W2 to compensate for the shortage of the robot arm 32.

(A1−5−4.上ショルダ昇降機構34)
上ショルダ昇降機構34(図1)は、下ショルダ52及びピン54に対して上ショルダ50を上下動させるものであり、上ショルダ昇降モータ80を含む。上ショルダ昇降モータ80を作動させることにより、下ショルダ52及びピン54に対して上ショルダ50を変位させる。これにより、上ショルダ50と下ショルダ52の距離D(図4)を調整することが可能となり、種々の厚みの第1・第2ワークW1、W2を接合することが可能となる。なお、下ショルダ52及びピン54の上下動は、ロボットアーム32により行う。
(A1-5-4. Upper shoulder lifting mechanism 34)
The upper shoulder lifting mechanism 34 (FIG. 1) moves the upper shoulder 50 up and down with respect to the lower shoulder 52 and the pin 54, and includes an upper shoulder lifting motor 80. By operating the upper shoulder lifting motor 80, the upper shoulder 50 is displaced with respect to the lower shoulder 52 and the pin 54. Thereby, the distance D (FIG. 4) between the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 can be adjusted, and the first and second workpieces W1 and W2 having various thicknesses can be joined. The lower shoulder 52 and the pin 54 are moved up and down by the robot arm 32.

(A1−5−5.ショルダ回転モータ36)
ショルダ回転モータ36は、FSW制御装置40からの指令に応じて上ショルダ50及び下ショルダ52を回転させる。上ショルダ50用のモータ36と、下ショルダ52用のモータ36とを設け、上ショルダ50の回転と、下ショルダ52の回転を別々に制御してもよい。複数のモータ36を設ける場合、モータ36の回転方向は、同一方向又は反対方向のいずれとすることも可能である。また、複数のモータ36の回転速度[rpm]は、同一又は相違させることができる。
(A1-5-5, shoulder rotation motor 36)
The shoulder rotation motor 36 rotates the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 in response to a command from the FSW control device 40. A motor 36 for the upper shoulder 50 and a motor 36 for the lower shoulder 52 may be provided, and the rotation of the upper shoulder 50 and the rotation of the lower shoulder 52 may be controlled separately. When a plurality of motors 36 are provided, the rotation direction of the motors 36 can be either the same direction or the opposite direction. Further, the rotational speeds [rpm] of the plurality of motors 36 can be the same or different.

(A1−5−6.下ショルダ着脱装置38)
下ショルダ着脱装置38は、例えば、図示しないロボットアーム、着脱制御装置等を備え、FSW制御装置40からの指令に基づいてピン54に対して下ショルダ52を着脱させる。
(A1-5-6. Lower shoulder attaching / detaching device 38)
The lower shoulder attaching / detaching device 38 includes, for example, a robot arm and an attaching / detaching control device (not shown), and attaches / detaches the lower shoulder 52 to / from the pin 54 based on a command from the FSW control device 40.

(A1−5−7.FSW制御装置40)
FSW制御装置40は、FSW装置18の各部(ロボットアーム32、モータ36、80等)を制御して摩擦撹拌接合制御(FSW制御)を実行する。第1実施形態のFSW制御は、第1ワークW1及び第2ワークW2に対して、回転中のボビンツール30をその軸方向に押し付けた状態で、ボビンツール30を直線的又は曲線的に移動させて第1ワークW1及び第2ワークW2を連続的に接合させる。
(A1-5-7. FSW control device 40)
The FSW control device 40 controls each part (robot arm 32, motors 36, 80, etc.) of the FSW device 18 and executes friction stir welding control (FSW control). In the FSW control of the first embodiment, the bobbin tool 30 is moved linearly or curvedly while the rotating bobbin tool 30 is pressed against the first work W1 and the second work W2. Thus, the first workpiece W1 and the second workpiece W2 are continuously joined.

図1に示すように、FSW制御装置40は、入出力部90、演算部92及び記憶部94を備える。入出力部90は、図示しない電源と各モータ36、72、80の間に配置された図示しないインバータへの制御信号の出力等を行う。演算部92は、FSW装置18の各部を制御する。演算部92は、ロボットアーム32及び上ショルダ昇降モータ80を介してボビンツール30の全体又は一部の変位を制御する変位制御部100と、ショルダ回転モータ36を介して上ショルダ50及び下ショルダ52の回転を制御する回転制御部102とを有する。   As shown in FIG. 1, the FSW control device 40 includes an input / output unit 90, a calculation unit 92, and a storage unit 94. The input / output unit 90 outputs a control signal to an inverter (not shown) disposed between a power source (not shown) and the motors 36, 72, 80. The calculation unit 92 controls each unit of the FSW device 18. The calculation unit 92 includes a displacement control unit 100 that controls the displacement of the whole or a part of the bobbin tool 30 via the robot arm 32 and the upper shoulder lifting motor 80, and the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 via the shoulder rotation motor 36. And a rotation control unit 102 for controlling the rotation of the motor.

[A2.FSWの流れ]
図6は、第1実施形態におけるFSWのフローチャートである。図6に示す処理の一部は作業者200が行うが、作業者200による作業の一部又は全部をFSWシステム10により自動で行うことも可能である。
[A2. Flow of FSW]
FIG. 6 is a flowchart of the FSW in the first embodiment. Although part of the processing shown in FIG. 6 is performed by the worker 200, part or all of the work performed by the worker 200 can be automatically performed by the FSW system 10.

図6のステップS1において、作業者200は、孔開け装置16を作動させて第1・第2ワークW1、W2の境界部302(FSWの開始位置)に貫通孔304を形成させる。なお、貫通孔304の形成は、後述するステップS2の後に行うことも可能である。   In step S1 of FIG. 6, the operator 200 operates the drilling device 16 to form a through hole 304 at the boundary 302 (FSW start position) between the first and second workpieces W1 and W2. The formation of the through hole 304 can also be performed after step S2 described later.

ステップS2において、作業者200は、搬送装置12を作動させて第1・第2ワークW1、W2をワーク支持装置14に配置させる。この際、作業者200は、ワーク支持装置14の図示しない把持装置を作動させて、第1・第2ワークW1、W2をFSWに耐え得るように固定させる。   In step S <b> 2, the worker 200 operates the transfer device 12 to place the first and second workpieces W <b> 1 and W <b> 2 on the workpiece support device 14. At this time, the operator 200 operates a gripping device (not shown) of the workpiece support device 14 to fix the first and second workpieces W1 and W2 so as to withstand the FSW.

ステップS3において、作業者200は、下ショルダ52を取り外した後、上ショルダ50と下ショルダ52の間にスペーサ56を配置させる。具体的には、まず作業者200は、下ショルダ52をピン54から取り外す。次いで、作業者200は、スペーサ56の内部にピン54を貫通させるようにスペーサ56を配置させる。次いで、作業者200は、ピン54の周囲にスペーサ56が配置された状態で下ショルダ52をピン54に固定する。これにより、上ショルダ50と下ショルダ52の間にスペーサ56が介在する(図4参照)。   In step S <b> 3, the worker 200 removes the lower shoulder 52 and then places the spacer 56 between the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52. Specifically, the operator 200 first removes the lower shoulder 52 from the pin 54. Next, the worker 200 arranges the spacer 56 so as to penetrate the pin 54 inside the spacer 56. Next, the worker 200 fixes the lower shoulder 52 to the pin 54 in a state where the spacer 56 is disposed around the pin 54. As a result, the spacer 56 is interposed between the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 (see FIG. 4).

なお、作業者200は、必要に応じて上ショルダ昇降モータ80を作動させて上ショルダ50と下ショルダ52の距離D(図4)をスペーサ56の厚みに合わせることが可能である。   Note that the worker 200 can adjust the distance D (FIG. 4) between the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 to the thickness of the spacer 56 by operating the upper shoulder lifting motor 80 as necessary.

ステップS4において、作業者200は、ボビンツール30全体の位置決めを行う。具体的には、作業者200は、第1・第2ワークW1、W2の貫通孔304に対して下ショルダ52を通過させ、ピン54及びスペーサ56を貫通孔304内に配置させるようにボビンツール30を位置決めさせる。   In step S4, the operator 200 positions the bobbin tool 30 as a whole. Specifically, the operator 200 passes the lower shoulder 52 with respect to the through holes 304 of the first and second workpieces W1 and W2, and arranges the pins 54 and the spacers 56 in the through holes 304. 30 is positioned.

なお、ボビンツール30の位置決め(姿勢制御を含む。)を自動で行う場合、例えば、画像センサを用いて行うことができる。ここでの画像センサとしては、スペーサ56の画像を取得する画像センサ(第1画像センサ)と、貫通孔304の画像を取得する画像センサ(第2画像センサ)との少なくとも一方を用いることができる。   Note that when the positioning (including posture control) of the bobbin tool 30 is automatically performed, for example, it can be performed using an image sensor. As the image sensor here, at least one of an image sensor (first image sensor) that acquires an image of the spacer 56 and an image sensor (second image sensor) that acquires an image of the through-hole 304 can be used. .

スペーサ56の画像は、FSW制御装置40においてスペーサ56の姿勢を判別するために用いられる。スペーサ56の姿勢は、図示しないスペーサ取付装置がスペーサ56を把持する際及び/又はスペーサ56を貫通孔304に挿入する際に用いられる。前記スペーサ取付装置は、ピン54に対してスペーサ56を挿入させる装置であり、例えば、図示しないロボットアーム、取付制御装置等を備える。また、貫通孔304の画像は、FSW制御装置40において貫通孔304の位置及び形状を判別するために用いられる。貫通孔304の位置及び形状は、スペーサ56を貫通孔304に挿入する際(及び下ショルダ52に貫通孔304を通過させる際)に用いられる。第2画像センサは、貫通孔304を形成する前の境界部302の画像を取得し、境界部302の画像を用いて貫通孔304を形成する位置を設定してもよい。   The image of the spacer 56 is used by the FSW control device 40 to determine the posture of the spacer 56. The posture of the spacer 56 is used when a spacer mounting device (not shown) grips the spacer 56 and / or when the spacer 56 is inserted into the through hole 304. The spacer attachment device is a device for inserting the spacer 56 into the pin 54, and includes, for example, a robot arm, an attachment control device, etc. (not shown). Further, the image of the through hole 304 is used for determining the position and shape of the through hole 304 in the FSW control device 40. The position and shape of the through hole 304 are used when the spacer 56 is inserted into the through hole 304 (and when the through hole 304 is passed through the lower shoulder 52). The second image sensor may acquire an image of the boundary portion 302 before the through hole 304 is formed, and set a position at which the through hole 304 is formed using the image of the boundary portion 302.

或いは、第1・第2ワークW1、W2又はワーク支持装置14の位置(座標)を基準として、FSW開始時のボビンツール30の初期位置(加工開始点Pst(目標開始点))を設定しておくことでボビンツール30の位置決めを行ってもよい。   Alternatively, the initial position (machining start point Pst (target start point)) of the bobbin tool 30 at the start of FSW is set on the basis of the position (coordinates) of the first / second work W1, W2 or the work support device 14. The bobbin tool 30 may be positioned by placing it.

ステップS5において、FSW制御装置40は、作業者200からの入力操作に基づいてFSWを実行する(FSW制御)。FSWの実行前には、ボビンツール30の加工開始点Pstに加え、加工終了点Pgoal(目標終了点)の座標、ボビンツール30からワークW1、W2に対して加えられる力(目標押圧力Fptar)、ワークW1、W2の厚み等の設定が行われる。そして、FSW制御装置40は、ロボットアーム32及びモータ36、80を制御して加工終了点PgoalまでFSWにより第1・第2ワークW1、W2を接合してFSW部材Wfを完成させる。   In step S5, the FSW control device 40 executes FSW based on the input operation from the worker 200 (FSW control). Before the execution of FSW, in addition to the machining start point Pst of the bobbin tool 30, the coordinates of the machining end point Pgoal (target end point) and the force applied from the bobbin tool 30 to the workpieces W1 and W2 (target pressing force Fptar) The thicknesses of the workpieces W1 and W2 are set. Then, the FSW control device 40 controls the robot arm 32 and the motors 36 and 80 to join the first and second workpieces W1 and W2 by FSW to the machining end point Pgoal, thereby completing the FSW member Wf.

より具体的には、FSW制御では、上ショルダ50及び下ショルダ52によりワークW1、W2の境界部302を挟んだ(又は押圧下)状態で、上ショルダ50及び下ショルダ52を回転させる。この状態で、ボビンツール30を直線的又は曲線的に移動させてワークW1、W2を連続的に接合させる。このため、いわゆるスポット接合にFSWを用いるよりも用途を広げることが可能となる。   More specifically, in the FSW control, the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 are rotated in a state where the boundary portion 302 of the workpieces W1 and W2 is sandwiched (or pressed) by the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52. In this state, the bobbin tool 30 is moved linearly or curvilinearly to join the workpieces W1 and W2 continuously. For this reason, it becomes possible to expand a use rather than using FSW for what is called spot junction.

なお、ボビンツール30の移動を開始する際、加工終了点Pgoalとは反対の方向に一度後退させた後、加工終了点Pgoalに向かってボビンツール30を移動させてもよい。これにより、加工終了点Pgoalとは反対におけるスペーサ56と第1・第2ワークW1、W2の境界を消すことが可能となる。或いは、ボビンツール30の移動を開始する際、スペーサ56と第1・第2ワークW1、W2の境界全体に沿って(又は矩形状のスペーサ56の外周をなぞるように)ボビンツール30を移動させた後、加工終了点Pgoalに向かってボビンツール30を移動させてもよい。これにより、スペーサ56と第1・第2ワークW1、W2の境界全体を消すことが可能となる。   Note that when the movement of the bobbin tool 30 is started, the bobbin tool 30 may be moved toward the machining end point Pgoal after once retracted in the direction opposite to the machining end point Pgoal. As a result, the boundary between the spacer 56 and the first and second workpieces W1 and W2 opposite to the machining end point Pgoal can be erased. Alternatively, when the movement of the bobbin tool 30 is started, the bobbin tool 30 is moved along the entire boundary between the spacer 56 and the first and second workpieces W1 and W2 (or so as to trace the outer periphery of the rectangular spacer 56). After that, the bobbin tool 30 may be moved toward the processing end point Pgoal. As a result, the entire boundary between the spacer 56 and the first and second workpieces W1 and W2 can be erased.

[A3.第1実施形態における効果]
以上のような第1実施形態によれば、平面視において(上ショルダ50(第1ショルダ)から下ショルダ52(第2ショルダ)に向かって見たとき)、貫通孔304及びスペーサ56は非円形である(図2、図3及び図5)。これにより、平面視において貫通孔304及びスペーサ56が円形である場合と比較して、スペーサ56は、貫通孔304の内部で回転を確実に規制することが可能となる。
[A3. Effects in the first embodiment]
According to the first embodiment as described above, the through hole 304 and the spacer 56 are non-circular in plan view (when viewed from the upper shoulder 50 (first shoulder) toward the lower shoulder 52 (second shoulder)). (FIGS. 2, 3 and 5). Thereby, compared with the case where the through-hole 304 and the spacer 56 are circular in planar view, it becomes possible to restrict | limit rotation of the spacer 56 inside the through-hole 304 reliably.

加えて、貫通孔304及びスペーサ56を柱状とするため、貫通孔304及びスペーサ56の加工を簡易に行うことが可能となる。   In addition, since the through holes 304 and the spacers 56 are columnar, the through holes 304 and the spacers 56 can be easily processed.

第1実施形態において、上ショルダ50と下ショルダ52の間へのスペーサ56の配置(図6のS3)は、下ショルダ52に貫通孔304を通過(S4)させる前に行う。これにより、上ショルダ50と下ショルダ52の間にスペーサ56を介在させた状態で下ショルダ52に貫通孔304を通過させて上ショルダ50及び下ショルダ52をFSWの開始位置に配置し、そのままFSWを開始する。このため、ピン54(撹拌軸)に貫通孔304を通過させた後に下ショルダ52をピン54に固定する作業を不要とすることができる。従って、FSWを開始する際の作業性を向上することが可能となる。   In the first embodiment, the spacer 56 is disposed between the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 (S3 in FIG. 6) before the lower shoulder 52 passes through the through hole 304 (S4). As a result, the through hole 304 is passed through the lower shoulder 52 with the spacer 56 interposed between the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52, and the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 are disposed at the FSW start position, and the FSW is left as it is. To start. For this reason, it is possible to eliminate the work of fixing the lower shoulder 52 to the pin 54 after passing the through hole 304 through the pin 54 (stirring shaft). Therefore, it is possible to improve workability when starting FSW.

B.第2実施形態
[B1.第1実施形態との相違]
図7は、第2実施形態に係る摩擦撹拌接合装置18a(以下「FSW装置18a」という。)を含む摩擦撹拌接合システム10A(以下「FSWシステム10A」という。)において、ボビンツール30aをFSWの開始位置に移動する様子を示す図である。図7中の矢印300aは、ボビンツール30aの移動方向を示している。図8は、第2実施形態における第1ワークW1及び第2ワークW2を簡略的に示す平面図である。図9は、第2実施形態のスペーサ56aの平面図である。
B. Second Embodiment [B1. Difference from First Embodiment]
FIG. 7 shows a friction stir welding system 10A (hereinafter referred to as “FSW system 10A”) including a friction stir welding apparatus 18a (hereinafter referred to as “FSW device 18a”) according to the second embodiment. It is a figure which shows a mode that it moves to a starting position. An arrow 300a in FIG. 7 indicates the moving direction of the bobbin tool 30a. FIG. 8 is a plan view schematically showing the first workpiece W1 and the second workpiece W2 in the second embodiment. FIG. 9 is a plan view of the spacer 56a of the second embodiment.

第2実施形態に係るFSWシステム10Aは、基本的に、第1実施形態に係るFSWシステム10と同様の構成を有する。以下では、同様の構成には、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。   The FSW system 10A according to the second embodiment basically has the same configuration as the FSW system 10 according to the first embodiment. In the following, the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第2実施形態のFSWシステム10Aでは、第1・第2ワークW1、W2に形成される貫通孔304aの形状が、第1実施形態の貫通孔304と異なる。すなわち、第1実施形態の貫通孔304は、四角柱状(平面視において矩形状)であった(図2及び図3)。これに対し、第2実施形態の貫通孔304aは、円柱状(平面視において円形状)の部分(円形孔部306a)と、円形孔部306aから突出する単一の部分(突出孔部308a)とを備える(図8)。円形孔部306aの直径は、下ショルダ52の直径Dlよりも大きい。   In the FSW system 10A of the second embodiment, the shape of the through hole 304a formed in the first and second workpieces W1 and W2 is different from the through hole 304 of the first embodiment. That is, the through hole 304 of the first embodiment has a quadrangular prism shape (rectangular shape in plan view) (FIGS. 2 and 3). On the other hand, the through hole 304a of the second embodiment has a columnar (circular shape in plan view) portion (circular hole portion 306a) and a single portion that protrudes from the circular hole portion 306a (projection hole portion 308a). (FIG. 8). The diameter of the circular hole portion 306 a is larger than the diameter Dl of the lower shoulder 52.

同様に、第2実施形態のFSWシステム10Aでは、スペーサ56aの形状が第1実施形態のスペーサ56と異なる。すなわち、第1実施形態のスペーサ56は、四角筒状(平面視において四角いリング状)であった(図2及び図5)。これに対し、第2実施形態のスペーサ56aは、円筒状(平面視において円環状)の部分(円形スペーサ部60a)と、円形スペーサ部60aから突出する単一の部分(突出スペーサ部62a)とを備える(図9)。   Similarly, in the FSW system 10A of the second embodiment, the shape of the spacer 56a is different from the spacer 56 of the first embodiment. That is, the spacer 56 of the first embodiment has a rectangular tube shape (a square ring shape in plan view) (FIGS. 2 and 5). On the other hand, the spacer 56a of the second embodiment includes a cylindrical (annular in a plan view) portion (circular spacer portion 60a) and a single portion (projecting spacer portion 62a) protruding from the circular spacer portion 60a. (FIG. 9).

平面視における円形スペーサ部60aの直径Ds(図9)は、下ショルダ52の直径Dlと同一又は直径Dlよりも大きい。突出スペーサ部62aは、貫通孔304aの突出孔部308aと係合する。これにより、上ショルダ50及び下ショルダ52からの回転力がスペーサ56aに加わった際、スペーサ56aの回転を規制する回り止め部として機能する。第2実施形態では、1ヶ所の突出スペーサ部62aのみによりスペーサ56aの回転を規制する。   The diameter Ds (FIG. 9) of the circular spacer portion 60a in plan view is the same as or larger than the diameter Dl of the lower shoulder 52. The protruding spacer 62a engages with the protruding hole 308a of the through hole 304a. Thereby, when the rotational force from the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 is applied to the spacer 56a, it functions as a detent portion that restricts the rotation of the spacer 56a. In the second embodiment, the rotation of the spacer 56a is restricted by only one protruding spacer portion 62a.

図7及び図8に示すように、突出孔部308a及び突出スペーサ部62aは、ボビンツール30a(又はピン54)の進行方向(X1方向)に沿って配置される。また、第2実施形態の突出スペーサ部62aは、幅We(図9)がピン54の直径(ピン54が円柱状又は円筒状でない場合、最大回転直径)よりも小さい。突出孔部308aも同様であり、突出スペーサ部62aを挿入可能な大きさとする。これにより、ボビンツール30aが突出孔部308a及び突出スペーサ部62aの位置を移動した後、突出孔部308a及び突出スペーサ部62aの間の境界をなくすことが可能となる。なお、ここにいう幅Weとは、ボビンツール30aの進行方向X1と垂直であり且つボビンツール30aの回転軸と垂直な方向(Y1、Y2方向)の長さを意味する。   As shown in FIGS. 7 and 8, the protruding hole portion 308a and the protruding spacer portion 62a are arranged along the traveling direction (X1 direction) of the bobbin tool 30a (or pin 54). Further, the protruding spacer portion 62a of the second embodiment has a width We (FIG. 9) smaller than the diameter of the pin 54 (the maximum rotation diameter when the pin 54 is not columnar or cylindrical). The protruding hole 308a is the same, and has a size that allows the protruding spacer 62a to be inserted. Thereby, after the bobbin tool 30a moves the position of the protrusion hole part 308a and the protrusion spacer part 62a, it becomes possible to eliminate the boundary between the protrusion hole part 308a and the protrusion spacer part 62a. Here, the width We means a length in a direction (Y1, Y2 direction) perpendicular to the traveling direction X1 of the bobbin tool 30a and perpendicular to the rotation axis of the bobbin tool 30a.

また、突出スペーサ部62aの長さLe(図9)は、例えば、円形スペーサ部60aの直径Dsの1/3以上且つ直径Ds以下とされる。突出孔部308aも同様であり、突出スペーサ部62aを挿入可能な大きさとする。ここにいう長さLeとは、ボビンツール30aの進行方向X1に沿った長さを意味する。スペーサ56aの厚み(Z1、Z2方向)は、第1・第2ワークW1、W2の厚みと等しく設定される。   Further, the length Le (FIG. 9) of the protruding spacer 62a is, for example, not less than 1/3 of the diameter Ds and not more than the diameter Ds of the circular spacer 60a. The protruding hole 308a is the same, and has a size that allows the protruding spacer 62a to be inserted. Here, the length Le means a length along the traveling direction X1 of the bobbin tool 30a. The thickness (Z1, Z2 direction) of the spacer 56a is set equal to the thickness of the first and second workpieces W1, W2.

FSWの流れについては、第1実施形態(図6)と同様である。   The flow of FSW is the same as in the first embodiment (FIG. 6).

[B2.第2実施形態における効果]
以上のような第2実施形態によれば、第1実施形態に加えて又はこれに代えて以下の効果を奏することができる。
[B2. Effect in Second Embodiment]
According to the second embodiment as described above, the following effects can be obtained in addition to or instead of the first embodiment.

すなわち、第2実施形態によれば、下ショルダ52を円柱状とする(図7、図4等)。また、貫通孔304aには、下ショルダ52より大きい径の円形孔部306aと、円形孔部306aから突出する突出孔部308aとを含ませる(図8)。さらに、スペーサ56aには、円形孔部306aに嵌め込まれる円形スペーサ部60aと、突出孔部308aに嵌め込まれる突出スペーサ部62aとを含ませる(図9)。さらにまた、突出孔部308a及び突出スペーサ部62aをピン54(撹拌軸)の進行方向(X1方向)に沿って配置する(図7及び図8)。これにより、FSW開始時のスペーサ56aの固定を確保しつつ、少なくとも突出孔部308aに対応する部分については、スペーサ56aと第1・第2ワークW1、W2との境界を消すことが可能となる。   That is, according to the second embodiment, the lower shoulder 52 is formed in a cylindrical shape (FIGS. 7, 4 and the like). Further, the through hole 304a includes a circular hole portion 306a having a diameter larger than that of the lower shoulder 52 and a protruding hole portion 308a protruding from the circular hole portion 306a (FIG. 8). Further, the spacer 56a includes a circular spacer portion 60a fitted into the circular hole portion 306a and a protruding spacer portion 62a fitted into the protruding hole portion 308a (FIG. 9). Furthermore, the protruding hole portion 308a and the protruding spacer portion 62a are arranged along the traveling direction (X1 direction) of the pin 54 (stirring shaft) (FIGS. 7 and 8). As a result, it is possible to eliminate the boundary between the spacer 56a and the first and second workpieces W1 and W2 at least in a portion corresponding to the protruding hole 308a while securing the spacer 56a at the start of the FSW. .

C.変形例
なお、本発明は、上記各実施形態に限らず、本明細書の記載内容に基づき、種々の構成を採り得ることはもちろんである。例えば、以下の構成を採用することができる。
C. Modifications Note that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various configurations can be adopted based on the description of the present specification. For example, the following configuration can be adopted.

[C1.FSWシステム10、10A(適用対象)]
上記各実施形態のFSWシステム10、10Aでは、第1・第2ワークW1、W2を平板状とし、水平方向に並列に配置した接合(いわゆる突き合わせ接合)を行った(図2及び図7)。しかしながら、例えば、2つのショルダ50、52により第1・第2ワークW1、W2を挟んでFSWを行う観点(又はボビンツール30、30aとしての観点)からすれば、これに限らない。例えば、第1・第2ワークW1、W2を水平方向以外の方向(例えば、垂直方向)に並列に配置させてもよい。また、第1・第2ワークW1、W2は、平板状でなくてもよい。さらに、第1・第2ワークW1、W2の主面を重ね合わせた状態での接合(いわゆる重ね合わせ接合)を行うことも可能である。
[C1. FSW system 10, 10A (application target)]
In the FSW systems 10 and 10A of each of the embodiments described above, the first and second workpieces W1 and W2 have a flat plate shape and are joined in parallel (so-called butt joining) in the horizontal direction (FIGS. 2 and 7). However, for example, from the viewpoint of performing FSW with the two shoulders 50 and 52 sandwiching the first and second workpieces W1 and W2 (or from the viewpoint of the bobbin tools 30 and 30a), this is not limiting. For example, the first and second workpieces W1 and W2 may be arranged in parallel in a direction other than the horizontal direction (for example, the vertical direction). Further, the first and second workpieces W1 and W2 may not be flat. Furthermore, it is also possible to perform joining (so-called superposition joining) in a state where the main surfaces of the first and second workpieces W1 and W2 are superposed.

別の観点からすれば、上記各実施形態のFSWシステム10、10Aでは、ツール支持部70(図1)を第1・第2ワークW1、W2に対して上方に配置し、ツール支持部70に近いショルダを上ショルダ50とし、ツール支持部70から遠いショルダを下ショルダ52とした。しかしながら、例えば、2つのショルダ50、52により第1・第2ワークW1、W2を挟んでFSWを行う観点(又はボビンツール30、30aとしての観点)からすれば、これに限らない。例えば、ツール支持部70を第1・第2ワークW1、W2に対して下方に配置し、ツール支持部70に近いショルダを下ショルダ52とし、ツール支持部70から遠いショルダを上ショルダ50としてもよい。   From another viewpoint, in the FSW systems 10 and 10A of the above embodiments, the tool support 70 (FIG. 1) is disposed above the first and second workpieces W1 and W2, and the tool support 70 is attached to the tool support 70. The near shoulder was designated as the upper shoulder 50, and the shoulder far from the tool support portion 70 was designated as the lower shoulder 52. However, for example, from the viewpoint of performing FSW with the two shoulders 50 and 52 sandwiching the first and second workpieces W1 and W2 (or from the viewpoint of the bobbin tools 30 and 30a), this is not limiting. For example, the tool support 70 is disposed below the first and second workpieces W1 and W2, the shoulder close to the tool support 70 is set as the lower shoulder 52, and the shoulder far from the tool support 70 is set as the upper shoulder 50. Good.

[C2.ロボットアーム32及び各モータ36、80]
上記実施形態では、ボビンツール30の制御のために、ロボットアーム32及びモータ36、80を用いた(図1)。しかしながら、例えば、ボビンツール30を直線移動(又は曲線移動)及び回転させる観点からすれば、これに限らない。
[C2. Robot arm 32 and motors 36, 80]
In the above embodiment, the robot arm 32 and the motors 36 and 80 are used for controlling the bobbin tool 30 (FIG. 1). However, for example, from the viewpoint of linear movement (or curved movement) and rotation of the bobbin tool 30, this is not limiting.

上記各実施形態では、単一のショルダ回転モータ36により、上ショルダ50及び下ショルダ52の両方を回転可能とした(図1)。しかしながら、例えば、スペーサ56、56aを用いる観点又はスペーサ56、56aを非円形とする観点からすれば、これに限らない。例えば、上ショルダ50及び下ショルダ52それぞれに別々にモータ36を設けることも可能である。或いは、上ショルダ50又は下ショルダ52の一方についてのみモータ36を設けて、当該一方のみを回転可能とすることも可能である。   In each of the above embodiments, both the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 can be rotated by the single shoulder rotation motor 36 (FIG. 1). However, for example, from the viewpoint of using the spacers 56 and 56a or from the viewpoint of making the spacers 56 and 56a non-circular, the present invention is not limited thereto. For example, it is possible to provide the motor 36 separately for each of the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52. Alternatively, it is possible to provide the motor 36 for only one of the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 so that only one of them can rotate.

上記各実施形態では、下ショルダ52及びピン54に対して上ショルダ50を変位させる上ショルダ昇降機構34を設けた(図1)。しかしながら、例えば、スペーサ56、56aを用いる観点又はスペーサ56、56aを非円形とする観点からすれば、上ショルダ昇降機構34を省略することも可能である。   In each of the above embodiments, the upper shoulder lifting mechanism 34 for displacing the upper shoulder 50 with respect to the lower shoulder 52 and the pin 54 is provided (FIG. 1). However, for example, from the viewpoint of using the spacers 56 and 56a or from the viewpoint of making the spacers 56 and 56a non-circular, the upper shoulder lifting mechanism 34 can be omitted.

[C3.貫通孔304、304a及びスペーサ56、56a]
第1実施形態の貫通孔304は、平面視矩形状であり(図3)、第2実施形態の貫通孔304aは、円形孔部306a及び突出孔部308aを有した(図8)。同様に、第1実施形態のスペーサ56は、平面視矩形状であり(図5)、第2実施形態のスペーサ56aは、円形スペーサ部60a及び突出スペーサ部62aを有した(図9)。しかしながら、例えば、貫通孔304、304aの突出孔部308、308aと係合することによりスペーサ56、56aの回転を規制する観点からすれば、貫通孔304、304a及びスペーサ56、56aの形状はこれに限らない。
[C3. Through holes 304, 304a and spacers 56, 56a]
The through hole 304 of the first embodiment has a rectangular shape in plan view (FIG. 3), and the through hole 304a of the second embodiment has a circular hole portion 306a and a protruding hole portion 308a (FIG. 8). Similarly, the spacer 56 of the first embodiment has a rectangular shape in plan view (FIG. 5), and the spacer 56a of the second embodiment has a circular spacer portion 60a and a protruding spacer portion 62a (FIG. 9). However, for example, from the viewpoint of restricting the rotation of the spacers 56 and 56a by engaging the protruding holes 308 and 308a of the through-holes 304 and 304a, the shapes of the through-holes 304 and 304a and the spacers 56 and 56a are as follows. Not limited to.

図10は、変形例に係る第1ワークW1及び第2ワークW2を簡略的に示す平面図である。図11は、変形例に係るスペーサ56bの平面図である。図10及び図11における一点鎖線は、仮想線である。   FIG. 10 is a plan view schematically showing the first workpiece W1 and the second workpiece W2 according to the modification. FIG. 11 is a plan view of a spacer 56b according to a modification. The dashed-dotted line in FIG.10 and FIG.11 is a virtual line.

変形例に係る貫通孔304bは、円柱状(平面視において円形状)の部分(第2実施形態と同様の円形孔部306a)と、円形孔部306aから突出する単一の部分(突出孔部308b)とを備える(図10)。同様に、変形例に係るスペーサ56bは、円筒状(平面視において円環状)の部分(第2実施形態と同様の円形スペーサ部60a)と、円形スペーサ部60aから突出する単一の部分(突出スペーサ部62b)とを備える。   The through-hole 304b according to the modification includes a columnar (circular shape in plan view) part (a circular hole part 306a similar to the second embodiment) and a single part (a protruding hole part) protruding from the circular hole part 306a. 308b) (FIG. 10). Similarly, the spacer 56b according to the modification includes a cylindrical (annular in a plan view) portion (a circular spacer portion 60a similar to the second embodiment) and a single portion (a protrusion) protruding from the circular spacer portion 60a. Spacer part 62b).

第2実施形態の突出スペーサ部62aは、全体として幅Weがピン54の直径よりも小さかった(図9)。これに対し、変形例の突出スペーサ部62bは、幅Weがピン54の直径よりも小さい部分と大きい部分の両方を含んでいる。   The protruding spacer portion 62a of the second embodiment as a whole had a width We smaller than the diameter of the pin 54 (FIG. 9). On the other hand, the protruding spacer portion 62b of the modification includes both a portion where the width We is smaller than the diameter of the pin 54 and a portion where the width We is larger.

上記各実施形態及び変形例(図10、図11)に代えて、貫通孔304、304a、304b及びスペーサ56、56a、56bの形状を四角柱状以外の角柱状(三角柱、五角柱、六角柱、八角柱、十角柱等)にしてもよい。   Instead of the above embodiments and modifications (FIGS. 10 and 11), the through holes 304, 304a, and 304b and the spacers 56, 56a, and 56b have a prismatic shape (triangular prism, pentagonal prism, hexagonal prism, It may be an octagonal column, a decagonal column, etc.

[C4.FSW]
上記各実施形態では、上ショルダ50と下ショルダ52の間にスペーサ56、56aを配置(図6のS3)した後にボビンツール30、30aをFSW開始位置に配置した(S4)。しかしながら、例えば、スペーサ56、56aを用いる観点又はスペーサ56、56aを非円形とする観点からすれば、これに限らない。例えば、上ショルダ50及びピン54をFSW開始位置に配置した後、下ショルダ52をピン54から取り外し、スペーサ56、56aを配置することも可能である。
[C4. FSW]
In each of the above embodiments, the spacers 56 and 56a are arranged between the upper shoulder 50 and the lower shoulder 52 (S3 in FIG. 6), and then the bobbin tools 30 and 30a are arranged at the FSW start position (S4). However, for example, from the viewpoint of using the spacers 56 and 56a or from the viewpoint of making the spacers 56 and 56a non-circular, the present invention is not limited thereto. For example, after the upper shoulder 50 and the pin 54 are arranged at the FSW start position, the lower shoulder 52 can be detached from the pin 54 and the spacers 56 and 56a can be arranged.

上記各実施形態では、ボビンツール30、30aを直線的に移動させる場合について説明した(図2及び図7)。しかしながら、例えば、スペーサ56、56aを用いる観点からすれば、ボビンツール30、30aを曲線的に移動させることも可能である。   In each of the above embodiments, the case where the bobbin tools 30 and 30a are moved linearly has been described (FIGS. 2 and 7). However, for example, from the viewpoint of using the spacers 56 and 56a, the bobbin tools 30 and 30a can be moved in a curved manner.

10、10A…摩擦撹拌接合システム 18、18a…摩擦撹拌接合装置
30、30a…ボビンツール 50…上ショルダ(第1ショルダ)
52…下ショルダ(第2ショルダ) 54…ピン(撹拌軸)
56、56a、56b…スペーサ 60、60a…円形スペーサ部
62、62a、62b…突出スペーサ部 302…境界部
304、304a、304b…貫通孔 306、306a…円形孔部
308、308a、308b…突出孔部
W1…第1ワーク W2…第2ワーク
Wf…FSW部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10A ... Friction stir welding system 18, 18a ... Friction stir welding apparatus 30, 30a ... Bobbin tool 50 ... Upper shoulder (1st shoulder)
52 ... Lower shoulder (second shoulder) 54 ... Pin (stirring shaft)
56, 56a, 56b ... spacer 60, 60a ... circular spacer 62, 62a, 62b ... protruding spacer 302 ... boundary 304, 304a, 304b ... through hole 306, 306a ... circular hole 308, 308a, 308b ... protruding Part W1 ... 1st work W2 ... 2nd work Wf ... FSW member

Claims (4)

第1ショルダと、第1ワーク及び第2ワークの境界部を挟んで前記第1ショルダと対向配置される第2ショルダと、前記第2ショルダを支持すると共に前記境界部を撹拌する撹拌軸とを備えるボビンツールを用いて前記第1ワーク及び前記第2ワークを摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合方法であって、
前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かう方向に見たとき非円形となる柱状であり且つ前記第2ショルダを通過させる貫通孔を、前記第1ワーク及び前記第2ワークの前記境界部に形成する貫通孔形成ステップと、
前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かう方向に見たとき非円形となる柱状であるスペーサを、前記第1ショルダと前記第2ショルダの間且つ前記撹拌軸の周囲に配置するスペーサ配置ステップと、
前記第2ショルダを前記貫通孔に通過させ且つ前記スペーサ及び前記撹拌軸を前記貫通孔内に配置した状態で前記摩擦撹拌接合を開始して摩擦撹拌接合部材を生成する摩擦撹拌接合ステップと
を有し、
前記スペーサは、前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かう方向における断面が全て同じである
ことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
A first shoulder, a second shoulder disposed opposite to the first shoulder across the boundary between the first workpiece and the second workpiece, and a stirring shaft that supports the second shoulder and stirs the boundary A friction stir welding method for friction stir welding the first workpiece and the second workpiece using a bobbin tool comprising:
A through hole that is non-circular when viewed in the direction from the first shoulder toward the second shoulder and through which the second shoulder passes is formed in the boundary portion between the first workpiece and the second workpiece. Through hole forming step,
A spacer disposing step of disposing a columnar spacer that is non-circular when viewed in a direction from the first shoulder toward the second shoulder, between the first shoulder and the second shoulder and around the stirring shaft; ,
A friction stir welding step for generating a friction stir welding member by starting the friction stir welding in a state where the second shoulder is passed through the through hole and the spacer and the stirring shaft are disposed in the through hole. And
The friction stir welding method according to claim 1, wherein all of the spacers have the same cross section in a direction from the first shoulder toward the second shoulder .
請求項1に記載の摩擦撹拌接合方法において、
前記スペーサ配置ステップは、前記第2ショルダに前記貫通孔を通過させる前に行う
ことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
In the friction stir welding method according to claim 1,
The spacer placement step is performed before passing the through hole through the second shoulder.
第1ショルダと、第1ワーク及び第2ワークの境界部を挟んで前記第1ショルダと対向配置される第2ショルダと、前記第2ショルダを支持すると共に前記境界部を撹拌する撹拌軸とを備えるボビンツールを用いて前記第1ワーク及び前記第2ワークを摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合方法であって、
前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かう方向に見たとき非円形となる柱状であり且つ前記第2ショルダを通過させる貫通孔を、前記第1ワーク及び前記第2ワークの前記境界部に形成する貫通孔形成ステップと、
前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かう方向に見たとき非円形となる柱状であるスペーサを、前記第1ショルダと前記第2ショルダの間且つ前記撹拌軸の周囲に配置するスペーサ配置ステップと、
前記第2ショルダを前記貫通孔に通過させ且つ前記スペーサ及び前記撹拌軸を前記貫通孔内に配置した状態で前記摩擦撹拌接合を開始して摩擦撹拌接合部材を生成する摩擦撹拌接合ステップと
を有し、
前記第2ショルダを円柱状又は円筒状とし、
前記貫通孔に、前記第2ショルダより大きい径の円形孔部と、前記円形孔部から突出する突出孔部とを含ませ、
前記スペーサに、前記円形孔部に嵌め込まれる円形スペーサ部と、前記突出孔部に嵌め込まれる突出スペーサ部とを含ませ、
前記突出孔部及び前記突出スペーサ部を前記撹拌軸の進行方向に沿って配置する
ことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。
A first shoulder, a second shoulder disposed opposite to the first shoulder across the boundary between the first workpiece and the second workpiece, and a stirring shaft that supports the second shoulder and stirs the boundary A friction stir welding method for friction stir welding the first workpiece and the second workpiece using a bobbin tool comprising:
A through hole that is non-circular when viewed in the direction from the first shoulder toward the second shoulder and through which the second shoulder passes is formed in the boundary portion between the first workpiece and the second workpiece. Through hole forming step,
A spacer disposing step of disposing a columnar spacer that is non-circular when viewed in a direction from the first shoulder toward the second shoulder, between the first shoulder and the second shoulder and around the stirring shaft; ,
A friction stir welding step in which the friction stir welding member is generated by starting the friction stir welding in a state where the second shoulder is passed through the through hole and the spacer and the stirring shaft are disposed in the through hole;
Have
The second shoulder is columnar or cylindrical,
The through hole includes a circular hole portion having a diameter larger than that of the second shoulder, and a protruding hole portion protruding from the circular hole portion,
The spacer includes a circular spacer portion that is fitted into the circular hole portion, and a protruding spacer portion that is fitted into the protruding hole portion,
The friction stir welding method, wherein the protruding hole portion and the protruding spacer portion are arranged along a traveling direction of the stirring shaft.
第1ショルダと、
第1ワーク及び第2ワークの境界部を挟んで前記第1ショルダと対向配置される第2ショルダと、
前記第2ショルダを支持すると共に前記境界部を撹拌する撹拌軸と
を備えるボビンツールを有する摩擦撹拌接合装置であって、
前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かって見たとき非円形となる柱状であり且つ摩擦撹拌接合の開始前に前記第1ショルダと前記第2ショルダの間且つ前記撹拌軸の周囲に嵌め込まれるスペーサを備え
前記スペーサは、前記第1ショルダから前記第2ショルダに向かう方向における断面が全て同じである
ことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
The first shoulder,
A second shoulder disposed opposite to the first shoulder across a boundary between the first workpiece and the second workpiece;
A friction stir welding apparatus having a bobbin tool that includes a stirring shaft that supports the second shoulder and stirs the boundary portion;
A columnar shape that is non-circular when viewed from the first shoulder toward the second shoulder, and is fitted between the first shoulder and the second shoulder and around the stirring shaft before the start of friction stir welding. With spacers ,
The friction stir welding apparatus according to claim 1, wherein the spacers have the same cross section in the direction from the first shoulder toward the second shoulder .
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