專利名稱：摩擦攪動接合方法、用于制造接合的貼靠元件的方法,以及摩擦攪動接合裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種摩擦攪動/擾動接合方法，一種用于制造接合的對接元件的方法，和一種摩擦攪動接合裝置，該摩擦攪動接合裝置優(yōu)選地用于制造例如用作如汽車、飛行器和軌道車輛的運輸設備的地板材料、墻壁材料和天花板材料的金屬板狀元件。
背景技術：
一種摩擦攪動接合方法屬于一種固態(tài)焊接方法的范疇。該摩擦攪動接合方法具有如下優(yōu)點，即，它可以應用于各種金屬接合元件而與材料無關，以及在接合時接合元件幾乎不因熱應變而變形。因此，近年來，該方法已被用于接合各種結構元件。
下面將參考圖29至31說明該摩擦攪動接合方法。在這些附圖中，參考標號101表示一長而薄的板狀金屬第一接合元件，102表示一長而厚的板狀金屬第二接合元件。這些接合元件101和102在其橫向側彼此貼靠在一起，并且其下表面彼此齊平(參考標號103表示貼靠部分)。因此，對應于該厚度差的高度差形成在其表面?zhèn)?。在該貼靠狀態(tài)，這些接合元件101和102由前側和后側支承輥131和132從接合元件下表面?zhèn)戎С?。參考標?04表示一個形成在接合元件101和102的表面?zhèn)鹊呐_階部分。
參考標號140表示一種用于執(zhí)行摩擦攪動接合方法的接合工具。該接合工具140具有一個較大直徑的柱狀的轉子141和一個較小直徑的銷狀探針142，該探針一體地從轉子141的端面旋轉中心伸出并沿著旋轉軸線Q’延伸。
參考標號133表示一背墊輥(backing roller)。該背墊輥133相對于接合工具140的探針142設置在接合元件101和102的下表面?zhèn)取?br> 當使用摩擦攪動接合工具140接合所述接合元件101和102的貼靠部分103時，首先，從接合元件101和102的上側將接合工具140的旋轉探針142插入貼靠部分103。然后，在該插入狀態(tài)，使接合元件101和102二者沿它們的縱向移動，而探針插入貼靠部分103中，以使得探針142沿貼靠部分103行進?！癕D’”表示接合元件101和102二者的移動方向。根據(jù)接合元件101和102二者的移動，接合元件101和102二者的貼靠部分103在探針插入位置由探針142接合。參考標號103’表示接合元件101和102的一個已接合(即，焊接)的貼靠部分。“W’”表示形成在接合部分103’的一個接合部分。此外，“WD’”表示在該摩擦攪動接合方法中的接合方向。
在接合元件101和102在厚度方向扭曲或彎曲即未形成一平坦形狀的情況下，該接合元件101和102的接合造成一形狀缺陷。結果，不能獲得高質量的接合貼靠元件。此外，如果這些接合元件101和102在它們具有扭曲的狀態(tài)下彼此貼靠，將會在貼靠部分103處產(chǎn)生由于接合元件101和102的扭曲造成的間隙(未示出)。因此，如果貼靠部分103是在這種狀態(tài)下接合的，將會在接合的部分103’中由于間隙產(chǎn)生一接合缺陷例如未接合部分。此外，在接合元件是長或薄的元件的情況下，即使這些元件是通過摩擦攪動接合而接合的，也趨向于產(chǎn)生由于該接合而造成的熱畸變(distortion)。
為了解決該問題，日本未審查公開專利文獻N0.H10-296462提出了下述方法。在該方法中，在通過一個具有一定長度并跨過接合元件101和102二者的圓柱形前側壓輥110從接合元件101和102的上表面?zhèn)葦D壓接合元件101和102相對于一探針插入的位置的接合方向前側，并且還通過一個具有一定長度并跨過接合元件101和102二者的圓柱形后側壓輥110從接合元件101和102的上表面?zhèn)葦D壓接合元件101和102相對于一探針插入的位置的接合方向后側的同時，接合/焊接一貼靠的部分。
然而，因為臺階部分104形成于接合元件101和102的貼靠部分103的表面上，根據(jù)上述提出的方法，即使所述前側和后側壓輥110和120趨于擠壓接合元件101和102，可以用前側和后側壓輥110和120施壓于較厚的接合元件102，但是不能施壓于較薄的接合元件101。結果既不能修正扭曲也不能修正彎曲。因此，接合元件101和102在它們具有扭曲或彎曲的狀態(tài)下被接合，并因此發(fā)生構形缺陷、接合缺陷例如一種非接合狀態(tài)和熱畸變。因此，不能獲得高質量的接合貼靠元件。
現(xiàn)在，一般地，在一摩擦攪動接合方法中，希望在接合工具140的探針142深深地插入貼靠部分103的狀態(tài)下執(zhí)行該接合方法，以使貼靠部分103在整個厚度方向被接合。
然而，如果摩擦攪動接合是在探針142如上述的插入狀態(tài)下執(zhí)行的，探針142的末端會在接合過程中從接合元件101和102的貼靠部分103的下表面伸出，這本身又會造成對背墊元件例如一背墊輥133的損害。為了防止這種缺點，如圖30所示，一般地將探針142插入以保持探針142的末端和貼靠部分103的下表面之間的距離。然而，該探針142的不充分的插入造成貼靠部分103相對于厚度方向的不充分的接合。結果，如圖31中所示，底部剩余部分R趨向于保留在接合元件101和102所接合的接合貼靠部分103’的下表面。該底部剩余部分R造成貼靠的接合元件的結合強度的減小。
如圖30和31所示，特別是在接合元件101和102以在厚度方向上表面?zhèn)刃纬梢桓叨炔疃舜速N靠的情況下，底部剩余部分R有保留的趨勢。也就是說，在接合元件101和102如上述彼此貼靠的情況下，難以穩(wěn)定地將接合工具140的轉子141的端表面141a設置在接合元件101和102上，并因此，如圖30所示，轉子141趨向于意外地向第一接合元件側101或第二接合元件側102傾斜。因此，在轉子141傾斜時，因為探針142在貼靠部分103中的插入深度變化，需要為了安全而減少探針142的插入深度，這又趨向于產(chǎn)生底部剩余部分R。
此外，如圖30所示，在該情況下，因為接合工具140的轉子141通常以朝第一接合元件側101傾斜的狀態(tài)設置，難以嚴格地設定探針142插入到貼靠部分103中的深度。此外，由于探針142的插入深度因為第二接合元件102的臺肩部分102a在接合期間產(chǎn)生塑性變形而增加，需要減少探針142的插入深度。出于該原因，底部剩余部分R有保留的趨勢。
此外，因為所制造的接合元件101和102的厚度是不均勻的，難以保持探針142的插入深度恒定。從這方面來看，底部剩余部分R也有保留的趨勢。
本發(fā)明鑒于上述背景技術而形成。
本發(fā)明的第一目的在于提供一種摩擦攪動接合方法、一種用于制造接合的貼靠元件的方法和一種可以防止產(chǎn)生構形缺陷例如扭曲或彎曲和產(chǎn)生劣質接合處例如接合缺陷或熱畸變的摩擦攪動接合裝置，從而提供高質量的接合的貼靠元件。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種摩擦攪動接合方法、一種用于制造接合的貼靠元件的方法和一種可以防止產(chǎn)生底部剩余部分的摩擦攪動接合裝置，從而提供高質量的接合的貼靠元件。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點將在下面的優(yōu)選實施例中變得明顯。

發(fā)明內容
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，在一種摩擦攪動接合方法中，該方法用于通過使第一和第二接合元件相對于從它們的上表面?zhèn)炔迦氲剿鼈兊馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显偷诙雍显N靠部分的接合是在分別通過一第一前側壓輥和一第二前側壓輥從第一接合元件和第二接合元件的上表面?zhèn)仁河谒鲈鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞鹊耐瑫r進行的。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，分別通過一第一前側壓輥和一第二前側壓輥從第一接合元件和第二接合元件的上表面?zhèn)仁河谒鲈鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞龋梢苑乐估缭诮雍掀陂g各接合元件的意外的移動等缺陷，并且還可以修正各接合元件的構形缺陷例如扭曲或彎曲。此外，在該狀態(tài)下進行接合加工可以防止產(chǎn)生劣質接合處例如接合缺陷或熱畸變，從而得到高質量的貼靠接合元件。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第二方面，在一種摩擦攪動接合方法中，該方法用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從它們的上表面?zhèn)炔迦氲剿鼈兊馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显偷诙雍显?，貼靠部分的接合是在分別通過一第一后側壓輥和一第二后側壓輥從第一接合元件和第二接合元件的上表面?zhèn)仁河谒鲈鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠鹊耐瑫r進行的。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，分別通過一第一后側壓輥和一第二后側壓輥從第一接合元件和第二接合元件的上表面?zhèn)仁河谒鲈鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠?，可以防止例如在接合期間各接合元件的意外移動等缺陷，并且還可以修正各接合元件的構形缺陷例如扭曲或彎曲。此外，在該狀態(tài)下進行接合加工可以防止產(chǎn)生劣質接合處例如接合缺陷或熱畸變，從而得到高質量的接合的貼靠元件。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第三方面，在一種摩擦攪動接合方法中，該方法用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從它們的上表面?zhèn)炔迦氲剿鼈兊馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显偷诙雍显?，貼靠部分的接合是在分別通過一第一前側壓輥和一第二前側壓輥從第一接合元件和第二接合元件的上表面?zhèn)仁河谒鲈鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞?，和在分別通過一第一后側壓輥和一第二后側壓輥從第一接合元件和第二接合元件的上表面?zhèn)仁河谒鲈鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠鹊耐瑫r進行的。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，分別通過一第一前側壓輥和一第二前側壓輥從第一接合元件和第二接合元件的上表面?zhèn)仁河谒鲈鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞?。此外，分別通過一第一后側壓輥和一第二后側壓輥從第一接合元件和第二接合元件的所述上表面?zhèn)仁河谒鲈鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠?。因此，可以防止例如在接合期間各接合元件的意外移動等缺陷，并且還可以修正各接合元件的構形缺陷例如扭曲或彎曲。此外，在該狀態(tài)下進行接合加工可以防止產(chǎn)生劣質接合處例如接合缺陷或熱畸變，從而得到高質量的接合的貼靠元件。
在根據(jù)本發(fā)明的第一或第三方面中，例如可以使用一種金屬件作為一接合元件。此外，在接合操作時，兩接合元件通常是通過支承元件從接合元件下表面?zhèn)戎С?。可以使用包括后面將要說明的支承輥的各種裝置作為所述支承元件(裝置)。
在本發(fā)明的上述第一或第三方面中，優(yōu)選地，在分別通過所述第一前側壓輥和第二前側壓輥從所述上表面?zhèn)仁河谠谒龅谝唤雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫乃鼋雍戏较蚯皞鹊馁N靠部分附近的至少一部分和在所述第二接合元件相對于探針插入位置的所述接合方向前側的貼靠部分附近的至少一部分的同時，進行所述貼靠部分的接合。
在該情況下，可以可靠地施壓于各接合元件。結果，可以更可靠地防止產(chǎn)生劣質接合處例如接合缺陷或熱畸變，從而得到高質量的接合的貼靠元件。
在本發(fā)明的上述第一至第三方面的任一方面中，優(yōu)選地，在通過一帶有錐形周邊的第三后側壓輥從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝缓偷诙雍显慕雍系馁N靠部分的同時，進行所述貼靠部分的接合。
在該情況下，通過第三后側壓輥施壓于所述接合的貼靠部分，該接合的貼靠部分由于第三后側壓輥的壓力而被施壓并從而產(chǎn)生塑性變形，因此表面變成一傾斜的表面。此外，由于該塑性變形，接合元件的臺肩部分的材料將填充該臺階部分的拐角。此外，微小的不平部分，例如有時產(chǎn)生在接合的貼靠部分的表面上的毛刺，通過接收第三后側壓輥的壓力而被施壓并除去。因此，接合的貼靠部分的表面形成為一傾斜的表面并以該傾斜的狀態(tài)變平滑。當接合的貼靠部分的表面形成為這樣一種傾斜的表面時，消除了在所獲得的接合的貼靠部分的臺階部分中產(chǎn)生的應力集中。此外，當如上所述施壓于接合的貼靠部分時，產(chǎn)生在接合的貼靠部分的表面上的殘余張應力被轉換成一種殘余壓縮應力，這提高了貼靠的接合元件的耐用性。此外，因為接合的貼靠部分的表面是光滑的，可以防止在刷漆(paint)時有時產(chǎn)生的由于上述微小的不平部分而造成的薄膜缺陷(film defect)。結果，可以在接合的貼靠部分的表面上適當?shù)禺a(chǎn)生一薄膜。
優(yōu)選地，冷卻第三后側壓輥的周邊。在該情況下，接合元件的接合的貼靠部分的上表面通過與該輥子的冷卻的周邊接觸而被強制冷卻。從而，急冷接合的貼靠部分。因此，改善了接合強度。此外，除去了產(chǎn)生在接合的貼靠部分中的多余的熱量，導致良好的接合狀態(tài)。
在本發(fā)明的上述第一至第三方面的任一方面中，優(yōu)選地，在通過保持一冷卻輥的冷卻周邊與所述下表面接觸而冷卻所述第一和第二接合元件的接合的貼靠部分的下表面的同時，進行所述貼靠部分的接合。
在該情況下，接合元件的接合的貼靠部分的上表面通過與該輥子的冷卻的周邊接觸而被強制冷卻。從而，急冷接合的貼靠部分。因此，改善了接合強度。此外，除去了產(chǎn)生在接合的貼靠部分中的多余的熱量，導致良好的接合狀態(tài)。
在本發(fā)明的上述第一或第三方面中，優(yōu)選地，所述第一前側壓輥和第二前側壓輥是彼此分開的元件，并在這樣的狀態(tài)下進行所述貼靠部分的接合，即包括所述第一前側壓輥和第二前側壓輥的輥子中的至少一個輥子的軸線在一個垂直于一接合方向的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向傾斜。
在該情況下，因為第一前側壓輥和第二前側壓輥是彼此分開的元件，即使至少一接合元件的厚度尺寸在一平行于接合方向的方向波動，也可以有力地施壓于各接合元件。此外，通過使包括所述第一前側壓輥和第二前側壓輥的輥子中的至少一個輥子的軸線在一個垂直于一接合方向的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向傾斜，接合元件受到的輥子的壓力可以在貼靠方向改變。然后，通過在該狀態(tài)下接合該貼靠的部分，可以更可靠地防止產(chǎn)生劣質接合處例如接合缺陷或熱畸變。
在本發(fā)明的上述第一或第三方面中，優(yōu)選地所述第一前側壓輥和第二前側壓輥是彼此分開的元件，以及在基于關于所述第一和第二接合元件的接合的貼靠部分的接合狀態(tài)的特征的一測量值，改變所述第一前側壓輥的軸線在一個垂直于一接合方向的平面內相對于所述第一接合元件的貼靠方向的傾斜角和所述第二前側壓輥的軸線在一個垂直于一接合方向的平面內相對于所述第二接合元件的貼靠方向的傾斜角中的至少一個的同時，進行所述貼靠部分的接合。
在該情況下，可以有效地防止產(chǎn)生劣質接合處。作為關于接合的貼靠部分的接合狀態(tài)的特征，可以舉例說明接合的貼靠部分的表面溫度及其表面殘余應力。
在本發(fā)明的上述第一或第三方面中，優(yōu)選地，所述第一前側壓輥和第二前側壓輥是彼此分開的元件，并在這樣的狀態(tài)下進行所述貼靠部分的接合，即包括所述第一前側壓輥和第二前側壓輥的輥子中的至少一個輥子的軸線在一個平行于所述接合元件的上表面的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向傾斜以使得沿貼靠方向的力作用于所述接合元件。
在該情況下，因為第一前側壓輥和第二前側壓輥是彼此分開的元件，即使至少一接合元件的厚度尺寸在一平行于接合方向的方向波動，也可以有力地施壓于各接合元件。此外，通過使包括所述第一前側壓輥和第二前側壓輥的輥子中的至少一個輥子的軸線在一個平行于所述接合元件的上表面的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向傾斜以使得沿貼靠方向的力作用于所述接合元件，兩接合元件在貼靠部分牢固地附著。因此，通過在該附著狀態(tài)下接合貼靠部分，可以使接合元件在貼靠部分牢固地接合。
在本發(fā)明的上述第一至第三方面的任一方面中，優(yōu)選地，在這樣的狀態(tài)下進行所述貼靠部分的接合，即所述第一接合元件和第二接合元件相對于探針插入位置的所述接合方向前側分別由一第一前側支承輥和與所述第一前側支承輥分開的第二前側支承輥從該接合元件的下表面?zhèn)戎С?，并且包括所述第一前側支承輥和第二前側支承輥的輥子中的至少一個輥子的軸線在一個平行于所述接合元件的下表面的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向傾斜以使得沿貼靠方向的力作用于所述接合元件。
在該情況下，兩接合元件在貼靠部分牢固地附著。因此，通過在該附著狀態(tài)下接合貼靠部分，可以使接合元件在貼靠部分牢固地接合。
在本發(fā)明的上述第一至第三方面的任一方面中，優(yōu)選地，在這樣的狀態(tài)下進行所述貼靠部分的接合，即所述第一接合元件和第二接合元件相對于探針插入位置的所述接合方向后側分別由一第一后側支承輥和與所述第一后側支承輥分開的第二后側支承輥從該接合元件的下表面?zhèn)戎С小?br> 在該情況下，通過使用一分成第一后側支承輥和第二后側支承輥的一后側支承輥，可以增加后側支承輥的設計靈活性。因此，例如通過改變第一后側支承輥或第二后側支承輥的相互設置或改變它們的圓周速度，可以防止在接合元件運動時可能產(chǎn)生的接合元件的曲折運動，并可以預期對各接合元件的構形缺陷的矯直效果。
在本發(fā)明的上述第一至第三方面的任一方面中，優(yōu)選地，在沿一平行于接合方向的張力/拉力(tension)作用于所述第一接合元件和第二接合元件中的至少一個時的狀態(tài)下，進行所述貼靠部分的接合。
在該情況下，可以修正構形缺陷例如彎曲、扭曲和偏斜，并且可以抑制各接合元件的表面振動。通過在該狀態(tài)下接合貼靠部分，可以改善待獲得的貼靠的接合元件的質量。
在本發(fā)明的上述第一至第三方面的任一方面中，優(yōu)選地，在加熱所述貼靠部分的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面的狀態(tài)下，進行所述貼靠部分的接合。
在該情況下，熱量從兩接合元件的下表面沿厚度方向傳導，并且沿厚度方向的下表面附近的部分溫度變高。因此，在探針的端部和接合元件的下表面之間的材料在接合時可非?？斓剀浕?，防止產(chǎn)生底部剩余部分，這導致接合強度的增加。
作為一種用于加熱接合元件的下表面的加熱裝置，可以適當?shù)厥褂靡痪哂信c貼靠部分的探針插入位置的下表面或接合元件的探針插入位置的接合方向前側的下表面待接觸的加熱的周邊的加熱輥，一激光照射加熱裝置，或一高頻感應加熱裝置。此外，在至少一接合元件是由鋁或其合金制成的情況下，特別優(yōu)選地，加熱所述下表面以使得該下表面的溫度落在400至500℃的范圍內。
在本發(fā)明的上述第一至第三方面的任一方面中，優(yōu)選地，在這樣的狀態(tài)下進行所述貼靠部分的接合，即使所述第一和第二接合元件相對于從其下表面?zhèn)炔迦氲谝缓偷诙雍显馁N靠部分或一接合的貼靠部分的輔助接合工具的旋轉輔助探針移動，以使得所述探針和所述輔助探針沿貼靠部分前進。
在該情況下，在接合該貼靠部分同時底部剩余部分通過輔助接合工具的輔助探針接合。因此，可以防止(抑制)產(chǎn)生底部剩余部分，并且可以改善接合強度。
優(yōu)選地，輔助接合工具的輔助探針從貼靠部分的下表面插入貼靠部分或接合的貼靠部分的插入深度落于0.1-0.5mm的范圍內。原因如下，如果插入深度小于0.1mm，存在插入深度可能不充分并因此可能留下底部剩余部分的可能性。另一方面，如果插入深度超過0.5mm，所需用于移動兩接合元件的力變大，并因此變得難以移動接合元件。因此，優(yōu)選地，插入深度落于0.1-0.5mm的范圍內。此外，特別優(yōu)選地，在兩接合元件的壁厚不同并且較薄的接合元件的壁厚是3mm或更小時，將插入深度設定為落于上述范圍內。此外，還更優(yōu)選地，兩接合元件的壁厚相同為3mm或更小時，將插入深度設定為上述范圍。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第二目的，根據(jù)本發(fā)明的第四方面，在一種摩擦攪動接合方法中，該方法用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從其上表面?zhèn)炔迦氲剿鼈兊馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠的第一接合元件和第二接合元件，貼靠部分的接合是在加熱所述貼靠部分的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面的狀態(tài)下進行的。
在根據(jù)本發(fā)明的第四方面的摩擦攪動接合方法中，熱量從兩接合元件的下表面沿厚度方向傳導，并且沿厚度方向的下表面附近的部分溫度變高。因此，在探針的端部和接合元件的下表面之間的材料在接合時可非?？斓剀浕?，防止產(chǎn)生底部剩余部分，這導致接合強度的增加。
作為一種用于加熱兩接合元件的下表面的加熱裝置，可以適當?shù)厥褂蒙鲜黾訜彷?，激光照射加熱裝置或高頻感應加熱裝置。此外，在至少一接合元件是由鋁或其合金制成的情況下，特別優(yōu)選地，加熱所述下表面以使得該下表面的溫度落在400至500℃的范圍內。此外，在本發(fā)明的第四方面中，兩接合元件的壁厚彼此可以相同或不同。此外，兩接合元件可以設置成高度差形成于兩接合元件的上表面?zhèn)?。可選擇地，它們可以設置成高度差不形成于兩接合元件的上表面?zhèn)取?br> 在根據(jù)本發(fā)明的上述第四方面，優(yōu)選地，通過一在接合元件的下表面?zhèn)认鄬τ谔结樤O置的背墊輥的加熱的周邊的熱傳導而進行加熱。
在該情況下，在接合時背墊輥的加熱的周邊與接合元件的貼靠部分的探針插入位置的下表面接觸。從而，背墊輥的周邊的熱量在接合元件的下表面?zhèn)鲗?，并因此使下表面被加熱。因此，貼靠部分在被加熱的同時被接合。因此，可以有效地進行接合操作。此外，因為在接合元件的貼靠部分的探針插入位置的下表面被加熱，熱量損失較小，并因此可以有效地進行加熱。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第二目的，根據(jù)本發(fā)明的第五方面，在一種摩擦攪動接合方法中，所述方法用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從其上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且上表面和下表面彼此平齊的第一接合元件和第二接合元件，所述貼靠部分的接合是在使所述第一和第二接合元件相對于從其下表面?zhèn)炔迦氲谝缓偷诙雍显馁N靠部分或一接合的貼靠部分的輔助接合工具的輔助探針移動，以使得所述探針和所述輔助探針沿貼靠部分前進的同時進行的。
在該情況下，在通過輔助接合工具的輔助探針接合底部剩余部分的同時接合貼靠部分。因此，可以防止(抑制)底部剩余部分的產(chǎn)生，并可改善接合強度。
根據(jù)本發(fā)明的上述第五方面，優(yōu)選地，所述輔助探針的插入深度調節(jié)在0.1-0.5mm的范圍內。原因已在上文說明。此外，在接合元件的壁厚是3mm或更小時，優(yōu)選地，將輔助探針的插入深度設定為落于上述范圍內。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第六方面，在一種用于通過進行一種摩擦攪動接合方法而制造接合的貼靠元件的方法中，所述摩擦攪動接合方法用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從所述上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显偷诙雍显?，貼靠部分的接合是在分別通過一第一后側壓輥和一第二后側壓輥從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显偷诙雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞鹊耐瑫r進行的。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面的方法，可以獲得與本發(fā)明的第一方面相同的功能。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第七方面，在一種用于通過執(zhí)行一種摩擦攪動接合方法來制造接合的貼靠元件的方法中，所述摩擦攪動接合方法用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從所述上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显偷诙雍显鲑N靠部分的接合是在分別通過一第一后側壓輥和一第二后側壓輥從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显偷诙雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠鹊耐瑫r進行的。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面的方法，可以獲得與本發(fā)明的第二方面的相同的功能。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第八方面，在一種用于通過執(zhí)行一種摩擦攪動接合方法來制造接合的貼靠元件的方法中，所述摩擦攪動接合方法用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從所述上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显偷诙雍显?，所述貼靠部分的接合是在分別通過一第一前側壓輥和一第二前側壓輥從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显偷诙雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞龋驮诜謩e通過一第一后側壓輥和一第二后側壓輥從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显偷诙雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠鹊耐瑫r進行的。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面的方法，可以獲得與本發(fā)明的第三方面的相同的功能。
在本發(fā)明的上述第六至第八方面的任一方面的方法中，優(yōu)選地，在加熱所述貼靠部分的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面的同時，進行所述貼靠部分的接合。
在該情況下，可以防止產(chǎn)生底部剩余部分，并且可以改善接合強度。
在本發(fā)明的上述第六至第八方面的任一方面的方法中，優(yōu)選地，在使所述第一和第二接合元件相對于從其下表面?zhèn)炔迦氲谝缓偷诙雍显馁N靠部分或一接合的貼靠部分的輔助接合工具的旋轉輔助探針移動，以使得所述探針和所述輔助探針沿貼靠部分前進的同時，進行所述貼靠部分的接合。
在該情況下，可以防止產(chǎn)生底部剩余部分，并且可以改善接合強度。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第二目的，根據(jù)本發(fā)明的第九方面，在一種用于通過執(zhí)行一種摩擦攪動接合方法來制造接合的貼靠元件的方法中，所述摩擦攪動接合方法用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從其上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠的第一接合元件和第二接合元件，所述貼靠部分的接合是在加熱所述貼靠部分的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面的同時進行的。
在該情況下，可以防止產(chǎn)生底部剩余部分，并且可以改善接合強度。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第二目的，根據(jù)本發(fā)明的第十方面，在一種用于通過進行一種摩擦攪動接合方法制造接合的貼靠元件的方法中，所述摩擦攪動接合方法用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從其上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且上和下表面彼此平齊的第一接合元件和第二接合元件，所述貼靠部分的接合是在使所述第一和第二接合元件相對于從其下表面?zhèn)炔迦氲谝缓偷诙雍显馁N靠部分或一接合的貼靠部分的輔助接合工具的旋轉輔助探針移動，以使得所述探針和所述輔助探針沿貼靠部分前進的同時進行的。
在該情況下，可以防止產(chǎn)生底部剩余部分，并且可以改善接合強度。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第十一方面，一種用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從所述上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显偷诙雍显哪Σ翑噭咏雍涎b置，包括一用于從所述元件的上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞鹊牡谝磺皞葔狠?；和一用于從所述元件的上表面?zhèn)仁河谒龅诙雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞鹊牡诙皞葔狠仭?br> 通過根據(jù)本發(fā)明的第十一方面的摩擦攪動接合裝置，可以有效地進行根據(jù)本發(fā)明的第一方面的摩擦攪動接合方法或用于制造根據(jù)本發(fā)明的第六方面的接合的貼靠元件的方法。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第十二方面，一種用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從所述上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進，從而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显偷诙雍显哪Σ翑噭咏雍涎b置，包括一用于從所述元件的上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠鹊牡谝缓髠葔狠仯缓鸵挥糜趶乃鲈纳媳砻鎮(zhèn)仁河谒龅诙雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠鹊牡诙髠葔狠仭?br> 通過根據(jù)本發(fā)明的第十二方面的摩擦攪動接合裝置，可以有效地進行根據(jù)本發(fā)明的第二方面的摩擦攪動接合方法或用于制造根據(jù)本發(fā)明的第七方面的接合的貼靠元件的方法。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第一目的，根據(jù)本發(fā)明的第十三方面，一種用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從所述上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显偷诙雍显哪Σ翑噭咏雍涎b置，包括一用于從所述元件的表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞鹊牡谝磺皞葔狠仯灰挥糜趶钠渖媳砻鎮(zhèn)仁河谒龅诙雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞鹊牡诙皞葔狠?；一用于從所述元件的上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠鹊牡谝缓髠葔狠?；和一用于從所述元件的上表面?zhèn)仁河谒龅诙雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠鹊牡诙髠葔狠仭?br> 通過根據(jù)本發(fā)明的第十三方面的摩擦攪動接合裝置，可以有效地進行根據(jù)本發(fā)明的第三方面的摩擦攪動接合方法或用于制造根據(jù)本發(fā)明的第八方面的接合的貼靠元件的方法。
在本發(fā)明的上述第十一至第十三方面的任一方面中，優(yōu)選地，還包括一帶有一錐形周邊的用于從所述上表面?zhèn)仁河谒鼋雍显慕雍系馁N靠部分的第三后側壓輥。
優(yōu)選地，所述第三后側壓輥的周邊被冷卻。
在本發(fā)明的上述第十一至第十三方面的任一方面中，優(yōu)選地，還包括一用于通過使所述冷卻輥的冷卻周邊與所述第一和第二接合元件的接合的貼靠部分的下表面保持接觸而冷卻所述下表面的冷卻輥。
在本發(fā)明的上述第十一至第十三方面的任一方面中，優(yōu)選地，所述第一前側壓輥和第二前側壓輥是彼此分開的元件，并且還包括一用于改變所述第一前側壓輥第二前側壓輥中的至少一個輥子的軸線在一個垂直于一接合方向的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向的傾斜角的傾斜角改變裝置。
此外，優(yōu)選地，還包括一用于測量關于所述接合元件的接合的貼靠部分的接合狀態(tài)的特征的測量裝置；和一用于基于所述測量裝置獲得的測量值而控制所述傾斜角改變裝置的操作的控制器。
在本發(fā)明的上述第十一至第十三方面的任一方面中，優(yōu)選地，所述第一前側壓輥和第二前側壓輥是彼此分開的元件，并且還包括一用于改變所述第一前側壓輥第二前側壓輥中的至少一個輥子的軸線在一個平行所述接合元件的上表面的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向的傾斜角的傾斜角改變裝置。
在本發(fā)明的上述第十一至第十三方面的任一方面中，優(yōu)選地，還包括一用于測量關于所述接合元件的接合的貼靠部分的接合狀態(tài)的特征的測量裝置；和一用于基于所述測量裝置獲得的測量值而控制所述傾斜角改變裝置的操作的控制器。
在本發(fā)明的上述第十一至第十三方面的任一方面中，優(yōu)選地，還包括一用于從所述元件的下表面?zhèn)戎С兴龅谝唤雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞鹊牡谝磺皞戎С休?；一用于從所述元件的下表面?zhèn)戎С兴龅诙雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞鹊牡诙皞戎С休?，所述第二前側支承輥與所述第一前側支承輥分開；和一用于改變包括所述第一前側支承輥和第二前側支承輥的兩個輥子中的至少一個輥子的軸線在一個平行于所述接合元件的下表面的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向的傾斜角的傾斜角改變裝置。
在本發(fā)明的上述第十一至第十三方面的任一方面中，優(yōu)選地，還包括一用于從所述元件的下表面?zhèn)戎С兴龅谝唤雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚝髠鹊牡谝缓髠戎С休?；一用于從所述元件的下表面?zhèn)戎С兴龅诙雍显鄬τ谔结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞鹊牡诙髠戎С休?，所述第二后側支承輥與所述第一后側支承輥分開。
在本發(fā)明的上述第十一至第十三方面的任一方面中，優(yōu)選地，還包括一用于將沿一平行于接合方向的張力作用于所述第一接合元件和第二接合元件中的至少一個的張力裝置。
在本發(fā)明的上述第十一至第十三方面的任一方面中，優(yōu)選地，還包括一用于加熱所述貼靠部分的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面的加熱裝置。
在本發(fā)明的上述第十一至第十三方面的任一方面中，優(yōu)選地，還包括一具有一旋轉輔助探針的輔助接合工具，其中，當所述貼靠部分被接合或正被接合以接合在所述接合元件的接合的貼靠部分處產(chǎn)生的底部剩余部分時，所述旋轉輔助探針插入所述貼靠部分或接合的貼靠部分。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第二目的，根據(jù)本發(fā)明的第十四方面，一種用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從所述上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠的第一接合元件和第二接合元件的摩擦攪動接合裝置，包括一用于加熱所述貼靠部分的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面的加熱裝置。
通過根據(jù)本發(fā)明的第十四方面的摩擦攪動接合裝置，可以有效地進行根據(jù)本發(fā)明的第四方面的摩擦攪動接合方法或用于制造根據(jù)本發(fā)明的第九方面的制造接合的貼靠元件的方法。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述第二目的，根據(jù)本發(fā)明的第十五方面，一種用于通過使所述第一和第二接合元件相對于從其上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显馁N靠部分的一接合工具的旋轉探針移動以使得所述探針沿所述貼靠部分前進而接合彼此貼靠并且上表面和下表面彼此平齊的第一接合元件和第二接合元件的摩擦攪動接合裝置，包括一具有一可旋轉的輔助探針的輔助接合工具，其中，當所述貼靠部分被接合或正被接合以接合在所述接合元件的接合的貼靠部分處產(chǎn)生的底部剩余部分時，所述旋轉輔助探針插入所述貼靠部分或接合的貼靠部分。
通過根據(jù)本發(fā)明的第十五方面的摩擦攪動接合裝置，可以有效地進行根據(jù)本發(fā)明的第五方面的摩擦攪動接合方法或用于制造根據(jù)本發(fā)明的第十方面的制造接合的貼靠元件的方法。
在本發(fā)明中，“上表面?zhèn)取北硎静迦胍?主)旋轉探針的一側；“下表面?zhèn)取北硎九c“上表面?zhèn)取毕鄬Φ囊粋?，即，與插入一(主)旋轉探針的一側相對的一側。
附圖簡介圖1是示出了通過根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的摩擦攪動接合方法接合兩接合元件的貼靠部分的過程中的狀態(tài)的側視圖；圖2是示出了圖1所示的Z部分的放大透視圖；圖3是圖2的側視圖；圖4是沿圖2的線A-A的橫截面圖；圖5是沿圖2的線B-B的橫截面圖；圖6是沿圖2的線C-C的放大橫截面圖；圖7是沿圖2的線D-D的放大橫截面圖；圖8是示出了在該實施例和對比實施例中使用的前側壓輥和后側壓輥的主視圖；圖9是對應于圖2示出了通過根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的摩擦攪動接合方法接合兩接合元件的貼靠部分的過程中的狀態(tài)的透視圖；圖10是示出了從前側看前側壓輥和前側支承輥以說明這些輥的一操作的結構圖；圖11是示出了從兩接合元件的上表面?zhèn)瓤辞皞葔狠佉哉f明這些輥的一操作的結構圖；圖12是示出了從兩接合元件的上表面?zhèn)瓤辞皞戎С休佉哉f明這些輥的一操作的結構圖；圖13是示出了兩接合元件相對于探針插入位置的接合方向前側的平面圖；圖14是示出了從前側看前側壓輥和前側支承輥以說明這些輥的另一操作的結構圖；圖15是示出兩接合元件以說明前側壓輥的另一操作的橫截面圖；圖16是沿圖9的線E-E的橫截面圖；圖17是對應于圖2示出了通過根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的摩擦攪動接合方法接合兩接合元件的貼靠部分的過程中的狀態(tài)的透視圖；圖18是沿圖17的線F-F的橫截面圖；圖19是沿圖17的線G-G的橫截面圖；
圖20是沿圖17的線H-H的橫截面圖；圖21是沿圖17的線I-I的橫截面圖；圖22是對應于圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的摩擦攪動接合方法的橫截面圖；圖23是沿圖22的線J-J的橫截面圖；圖24是對應于圖18示出了根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的摩擦攪動接合方法的橫截面圖；圖25是沿圖24的線K-K的橫截面圖；圖26是對應于圖17示出了根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的摩擦攪動接合方法的橫截面圖；圖27是沿圖26的線L-L的橫截面圖；圖28是沿圖26的線M-M的橫截面圖；圖29是示出了通過一傳統(tǒng)的摩擦攪動接合方法接合兩接合元件的貼靠部分的過程中的狀態(tài)的透視圖；圖30是示出了在探針插入位置的兩接合元件的橫截面圖；圖31是在接合狀態(tài)下的接合元件的橫截面圖。
優(yōu)選實施例詳細說明為了詳細說明本發(fā)明，下文將結合


根據(jù)本發(fā)明的六個優(yōu)選實施例。
第一實施例圖1至7是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的一種摩擦攪動接合方法、一種用于制造貼靠的接合元件的方法和一種摩擦攪動接合裝置的附圖。圖1是示出了通過該摩擦攪動接合方法接合兩接合元件的貼靠部分的過程中的狀態(tài)的側視圖。圖2是示出了圖1所示的Z部分的放大透視圖。
在圖2中，“1”表示一薄而長的板狀第一接合元件，“2”表示一厚而長的板狀第二接合元件。接合元件1和2均由鋁或其合金制成。在該圖中，“80”表示根據(jù)第一實施例的摩擦攪動接合裝置。這些通過摩擦攪動接合方法獲得的貼靠元件用于例如汽車用特制坯件材料。
接合元件1和2各有如圖4所示的彼此平行的上表面和下表面，相對應的橫向側邊緣將被彼此貼靠。該橫向側邊緣將形成為垂直于接合元件的上和下表面。這兩個接合元件1和2的橫向側邊緣彼此貼靠，且兩接合元件的下表面彼此平齊(“3”表示貼靠部分)。因此，在兩接合元件的上表面?zhèn)刃纬梢粚诤穸炔畹呐_階部分?！?”表示形成在接合元件1和2的上表面的臺階部分?！?a”表示該臺階部分4的拐角部分。此外，“N”表示各接合元件1和2的貼靠方向。該貼靠方向平行于接合元件的寬度方向。
如圖2所示，在該貼靠狀態(tài)下，兩接合元件1和2由支承元件30支承于一水平狀態(tài)。在該第一實施例中，一前側支承輥31和后側支承輥32用作支承元件30。
此外，如圖1所示，在各接合元件由支承元件30支承的狀態(tài)下，各接合元件1和2由安裝在一作為張力裝置的張力整平機的前側張力輥(tensionroller)70和后側張力輥70沿縱向牽引。從而，沿縱向的張力作用于各接合元件1和2上。
在圖2中，“40”表示用于摩擦攪動接合的接合工具。該接合工具40具有一較大直徑的柱狀轉子41和一較小直徑的銷狀探針42。探針42沿旋轉軸線Q從轉子41的端面41a的旋轉中心伸出。在圖2中，繞旋轉軸線Q旋轉的接合工具40的探針42從接合元件的上表面?zhèn)炔迦氲浇雍显?和2的貼靠部分3中。在該插入狀態(tài)，如圖5所示，轉子41和探針42的旋轉軸線Q設置成處于該旋轉軸線Q朝向第一接合元件1(即在較低高度側的接合元件)傾斜的狀態(tài)。轉子41的端面41a設置成處于端面41a壓靠在從貼靠部分3伸出的第二接合元件2的臺肩部分2a(即在較高高度的接合元件的臺肩部分)上的狀態(tài)。在圖5中，“T”表示在接合元件的探針插入位置的表面的垂直線?！唉取北硎拘D軸線Q朝向第一接合元件1相對于上述“T”的傾斜角。
在該接合工具40中，轉子41和探針42皆由比接合元件1和2硬并且可忍受在接合時產(chǎn)生的摩擦熱的耐熱材料制成。在探針42的周邊，用于攪動由摩擦熱軟化的接合元件1和2的材料的攪動突出部(未示出)以螺旋方式等形成。
在圖5中，“D”表示轉子41的端面41a的直徑。至少該轉子41的端面41a的周邊緣形成在一垂直于旋轉軸線Q的平面內。在該第一實施例中，轉子41的端面41a是一平坦的表面。此外，在該發(fā)明中，盡管未示出，轉子41的端面41a可以形成為一種從其周邊緣朝向旋轉中心降下的構形。
在該第一實施例中，如圖2所示，接合元件1和2的貼靠部分3將通過以下方式接合，即，在探針42如上所述從所述上表面?zhèn)炔迦氲劫N靠部分3中并且沿接合元件1和2的縱向的張力作用于接合元件1和2以致探針42使貼靠部分3前進的狀態(tài)下，元件1和2通過沿其縱向(該移動方向示為“MD”)移動而被接合。因此，在該第一實施例中，接合方向WD與一和接合元件1和2的移動方向相反的方向一致。此外，各接合元件1和2的縱向與平行于接合方向WD的方向一致。在圖2中，“3”表示由探針42接合的接合元件1和2的接合的貼靠部分?！癢”表示形成在接合的貼靠部分3’中的一個接合部分。
在接合時，如圖3所示，接合工具40的旋轉軸線Q朝接合方向后側稍微傾斜。從而，轉子41的端面41a的接合方向前側從接合元件1和2的上表面升起。這防止轉子41的端面41a的接合方向前側被存在于接合元件1和2的上表面上的微小的不平/不均勻擋住，從而導致探針42沿貼靠部分3平穩(wěn)前進。
接著，將說明根據(jù)第一實施例的摩擦攪動接合裝置80的結構。在圖2中，“33”表示一背墊輥。該背墊輥33具有一預定長度的柱狀。該背墊輥33設置在接合元件1和2的下表面?zhèn)?，使得該輥與接合工具40的探針42相對并且跨過接合元件1和2。通過該背墊輥33，接合元件1和2在貼靠部分3的探針插入位置的下表面被支承。該背墊輥33還作為一支承元件30用于支承接合元件1和2。
該支承元件30具有前側支承輥31和后側支承輥32。前側支承輥31是一具有一預定長度的柱狀元件。類似地，后側支承輥32是一具有一預定長度的柱狀元件。在接合元件1和2相對于探針插入位置的接合方向前側，在輥子31的軸線與貼靠方向N平行和輥子31跨過接合元件1和2的狀態(tài)下，前側支承輥31設置在接合元件1和2的下表面?zhèn)?。類似地，在接合元?和2相對于探針插入位置的接合方向后側，在輥子32的軸線與貼靠方向N平行和輥子32跨過接合元件1和2的狀態(tài)下，后側支承輥32設置在接合元件1和2的下表面?zhèn)?。通過該前側支承輥31和后側支承輥32，接合元件1和2從其下表面?zhèn)缺恢С性诮雍显?和2相對于探針插入位置的接合方向前側和接合方向后側。
該前側支承輥31，后側支承輥32和背墊輥33與一旋轉驅動裝置(未示出)連接。通過操作該旋轉驅動裝置，這些輥子31、32和33分別在一固定位置繞它們的軸線以恒定的圓周速度旋轉。因此，這些輥子31、32和33還用作使接合元件1和2沿上述方向MD移動的驅動輥。在本發(fā)明中，背墊輥33可自由旋轉。此外，在單獨提供用于使接合元件1和2沿預定方向MD移動的驅動裝置的情況下，前側和后側支承輥31和32可自由旋轉。
此外，后側支承輥32還用作一冷卻輥。即，在后側支承輥31的周邊表面部分，沿其圓周方向設有多個冷卻劑流通通道35。各通道沿輥子32的縱向延伸。該冷卻劑(例如冷卻水)在這些冷卻劑流通通道35中流通。因此，后側支承輥32的周邊部分處于一冷卻的狀態(tài)。在支承接合元件1和2時，后側支承輥32的冷卻的周邊部分與接合的貼靠部分3’的下表面接觸，從而從該貼靠部分的下表面冷卻該接合的貼靠部分3’。
在圖2中，“11”表示第一前側壓輥?！?2”表示第二前側壓輥。第一前側壓輥11是一具有較大直徑和預定長度的可旋轉柱狀元件。第二前側壓輥12是一具有較小直徑和預定長度的可旋轉柱狀元件。如圖2和4所示，在第一接合元件1相對于探針插入位置的接合方向前側，輥子11的軸線P1平行于第一接合元件1的貼靠方向N的狀態(tài)下，在第一接合元件1的上表面?zhèn)?，第一前側壓?1設置在前支承輥31的上方。類似地，在第二接合元件2相對于探針插入位置的接合方向前側，在輥子12的軸線P2平行于第二接合元件2的貼靠方向N的狀態(tài)下，在第二接合元件2的上表面?zhèn)?，第二前側壓?2設置在前側支承輥31的上方。
在該第一實施例中，第一前側壓輥11和第二前側壓輥12在其軸線設置在同一直線上并且其端面彼此貼靠的狀態(tài)下一體地連接。該一體的輥子10在第一實施例中稱作“前側壓輥”。
在該前側壓輥10中，在第一前側壓輥11的半徑和第二前側壓輥12的半徑之間的差與形成在接合元件1和2的上表面上的高度差(即，第一接合元件1的上表面和第二接合元件2的上表面之間的高度差)相一致。
通過第一前側壓輥11，從上表面?zhèn)仁河诎◤牡谝唤雍显?的橫向中間部分到貼靠部分3附近部分的第一接合元件1的接合方向前側的區(qū)域。類似地，通過第二前側壓輥12，從上表面?zhèn)仁河诎◤牡诙雍显?的橫向中間部分到貼靠部分3附近部分的第二接合元件2的接合方向前側的區(qū)域。
因為前側壓輥10擠壓該接合元件1和2，接合元件1和2的下表面被壓靠在前側支承輥31的周邊上。因而，沿移動方向MD的驅動力可作用于接合元件1和2。另一方面，根據(jù)該接合元件1和2的運動，第一和第二前側壓輥11和12在一預定位置繞軸線P1和P2一體地旋轉。
在圖2中，“21”和“22”分別表示第一后側壓輥和第二后側壓輥。第一后側壓輥21是一具有較大直徑和預定長度的可旋轉柱狀元件。第二后側壓輥22是一具有較小直徑和預定長度的可旋轉柱狀元件。
如圖2和7所示，在輥子21的軸線平行于在第一接合元件1相對于探針插入位置的接合方向后側的第一接合元件1的貼靠方向N的狀態(tài)下，在第一接合元件1的上表面?zhèn)?，第一后側壓?1設置在后側支承輥32的上方。類似地，在輥子22的軸線平行于在第二接合元件2相對于探針插入位置的接合方向后側的第二接合元件2的貼靠方向N的狀態(tài)下，在第二接合元件2的上表面?zhèn)?，第二后側壓?2設置在后側支承輥32的上方。在圖2中，“23”是第三后側壓輥。該第三后側壓輥23是一可旋轉的截錐形元件，并因此其周邊表面為一錐形表面。該第三后側壓輥23用于從接合元件1和2的上表面擠壓接合元件1和2的接合的貼靠部分3’。在輥子23的軸線平行于接合元件1或2的貼靠方向N的狀態(tài)下，在接合元件1和2的上表面?zhèn)?，第三后側壓?3設置在后側支承輥32的上方。
在該第一實施例中，第一后側壓輥21、第三后側壓輥23和第二后側壓輥22一體地連接，處于其軸線按該順序設置在同一直線上并且相鄰的端面彼此貼靠的狀態(tài)。該一體輥20在該第一實施例中稱為“后側壓輥”。
在該后側壓輥20中，在第一后側壓輥21和第二后側壓輥22的半徑之間的差與形成在接合元件1和2的上表面上的高度差相一致。此外，第一后側壓輥21的周邊和第二后側壓輥22的周邊通過第三后側壓輥23的周邊(即，錐狀表面)連續(xù)地連接。
通過第一后側壓輥21，從上表面?zhèn)仁河诎◤牡谝唤雍显?的橫向中間部分到接合的貼靠部分3’附近部分的第一接合元件1的接合方向后側的區(qū)域。類似地，通過第二后側壓輥22，從上表面?zhèn)仁河诎◤牡诙雍显?的橫向中間部分到接合的貼靠部分3’附近部分的第二接合元件2的接合方向后側的區(qū)域。
此外，在第三后側壓輥23的周邊表面部分，如圖2所示，有多個設置在其圓周方向的冷卻劑流通通道25。各通道沿輥子23的縱向延伸，以穿過第一后側壓輥21和第二后側壓輥22。冷卻劑(例如冷卻水)在這些流通通道25內流通。從而，第三后側壓輥23的周邊部分處于冷卻的狀態(tài)。在擠壓接合的貼靠部分3’時，第三后側壓輥23的冷卻的周邊部分與接合的貼靠部分3’的上表面接觸，從而從其上表面冷卻該接合的貼靠部分3’。
因為后側壓輥20擠壓接合元件1和2，接合元件的下表面被壓靠在后側支承輥32的周邊上。因而，沿移動方向MD的驅動力可作用于接合元件1和2。另一方面，根據(jù)這些接合元件1和2的運動，第一至第三后側壓輥21、22和23在一預定位置繞軸線一體地旋轉。
接著，將說明第一實施例的摩擦攪動接合方法的接合步驟。
首先，通過張力輥70和70將與接合方向(即，縱向)平行的張力作用于各接合元件1和2。這校正了各接合元件1和2的扭曲、彎曲和變形，并抑制各接合元件1和2的表面振動。可在接合過程期間作用于該張力。
此外，包括從第一接合元件1的橫向中間部分到貼靠部分3附近部分的第一接合元件1的接合方向前側的區(qū)域被第一前側壓輥11從上表面?zhèn)认蛳聣海桶◤牡诙雍显?的橫向中間部分到貼靠部分3附近部分的第二接合元件2的接合方向前側的區(qū)域被第二前側壓輥12從上表面?zhèn)认蛳聣骸?br> 各接合元件1和2的扭轉還通過上述被施壓而被校正，導致接合元件1和2的貼靠部分3的附著。結果，在貼靠部分3處不會產(chǎn)生間隙。因此，通過在附著的狀態(tài)接下收前側支承輥31的驅動力而移動接合元件1和2。
在某一時間，通過旋轉接合工具40的轉子41而旋轉探針42。然后，從接合元件1和2的上表面將旋轉的探針42插入到接合元件1和2的貼靠部分3中，且旋轉軸線Q朝向第一接合元件側1傾斜。此外，將轉子41的端面41a推靠在第二接合元件2的臺肩部分2a上?？梢詮慕雍显?和2的縱向端部將探針42插入到貼靠部分3中。此外，可在將探針42插入到貼靠部分3中之后使旋轉軸線Q朝向第一接合元件側1傾斜。
由于根據(jù)探針42的旋轉而產(chǎn)生的摩擦熱和通過轉子41的端面41a與第二接合元件2的臺肩部分2a之間的相互接觸而產(chǎn)生的摩擦熱，接合元件1和2的貼靠部分3中的探針插入部分及其周圍被軟化，第二接合元件2的臺肩部分2a通過受轉子41的端面41a的擠壓而塑性變形成一傾斜表面。此外，由于該塑性變形，臺肩部分2a的一部分材料填充在臺階部分4的拐角部分4a中。
由于摩擦熱而軟化的接合元件1和2的材料由探針42的旋轉力而攪動和混合，同時，拐角部分4a填充有臺肩部分2a的一部分材料。根據(jù)接合元件1和2的前進運動，軟化的材料成塑性流態(tài)化繞探針42流動以填充形成在前進探針42后面的一個槽。然后，通過摩擦熱的迅速損耗該被軟化并攪動的材料將被冷卻和固化。如此，接合元件1和2的貼靠部分3隨著探針42的前進而接合。此時，如上所述，接合工具40的旋轉軸線Q朝向第一接合元件側1傾斜，并且第二接合元件2的臺肩部分2a的一部分材料填充拐角部分4a。因此，接合的貼靠部分3’的表面形成在橫跨第一接合元件1的表面和第二接合元件2的表面的一傾斜表面中，如圖6所示。如圖6所示，在接合的貼靠部分3’的表面上形成有微小的不平部分例如毛刺/焊疤。
在用探針42以這種方法接合貼靠部分3時，接合元件1和2在后側支承輥32和第一至第三壓輥21、22和23之間移動和引入。然后，包括從橫向中間部分到接合的貼靠部分3’附近部分的在第一接合元件1相對于探針插入位置的接合方向后側的區(qū)域，由第一后側壓輥21從上表面?zhèn)仁?，包括從橫向中間部分到接合的貼靠部分3’附近部分的在第二接合元件2相對于探針插入位置的接合方向后側的區(qū)域，由第二后側壓輥22從上表面?zhèn)仁骸４送?，接合的貼靠部分3’從上表面?zhèn)仁艿谌髠葔狠?3施壓。
如此，接合元件1和2受后側壓輥20擠壓。因而，進一步地校正各接合元件1和2的扭曲和彎曲。此外，因為第三后側壓輥23的周邊形成為一錐面，當接合的貼靠部分3’受第三后側壓輥23擠壓時，接合的貼靠部分3’被施壓。結果，該表面形成為如圖7所示的一個柔和的傾斜表面。同時，形成在接合的貼靠部分3’的上表面上的微小的不平部分被施壓和除去。因而，接合的貼靠部分3’的表面以柔和的傾斜狀態(tài)被平滑化。此外，當接合的貼靠部分3’受擠壓時，產(chǎn)生在接合的貼靠部分3’的表面上的殘余張應力轉換成殘余壓縮應力。因此，可以改善要獲得的貼靠的接合元件的耐用性。
當接合元件1和2的貼靠部分3的接合端目標(scheduled)部分到達探針42時，將探針42從其上移開，并完成接合。因此，可以通過上述接合操作獲得所希望的接合的貼靠接合元件。
如圖7所示，第三后側壓輥23的周邊的寬度和錐角分別為“a”和“Φ”，寬度“a”設為大于接合工具40的轉子41的端面41a的直徑D(即a＞D)，而錐角“Φ”設為小于旋轉軸線Q朝向第一接合元件側1傾斜相對垂直線T的傾斜角θ(即Φ＜θ)。該設定使得可以確保形成一希望的接合的貼靠部分3’的傾斜表面。此外，所述微小的不平部分可以可靠地通過加壓而去除。
此外，因為接合的貼靠部分3’的上表面與第三后側壓輥23的冷卻的周邊接觸，接合的貼靠部分3’會從上表面急冷。因此，接合強度得到改善，并且進一步除去了有時在接合的貼靠部分3’內產(chǎn)生的多余的熱量，導致良好的接合狀態(tài)。此外，因為接合的貼靠部分3’的下表面與后側支承輥32的冷卻的周邊接觸，貼靠部分3’會從下表面而急冷。因此，進一步地改善接合強度。
在本發(fā)明中，在背墊輥33的直徑為“b”時，(見圖3)，背墊輥33的直徑“b”設定為等于接合工具40的轉子41的端面41a的直徑D或大于D(即b≥D)。通過如上所述設定直徑“b”，可以可靠地從下表面接收由摩擦熱軟化的接合元件的材料。
在該摩擦攪動接合方法中，因為在接合時各接合元件1和2相對于探針插入位置的接合方向前側受壓，并且各接合元件1和2相對于探針插入位置的接合方向后側受壓，所以可以更可靠地校正各接合元件1和2的彎曲和扭曲。然后，因為貼靠部分3的接合在該狀態(tài)下進行，可以更可靠地防止產(chǎn)生劣質的連接例如接合缺陷或熱畸變。此外，因為貼靠部分3的接合是在各接合元件相對于探針插入位置的接合方向前側的貼靠部分附近的部分受壓的狀態(tài)下進行的，所以可以有力地施壓于待彼此貼靠的各接合元件的端部。因此，可以更可靠地防止產(chǎn)生劣質連接。
此外，因為沿平行于接合方向WD的方向的張力作用于各接合元件1和2，可以更可靠地防止構形缺陷例如彎曲、扭曲和偏斜，和抑制各接合元件1和2的表面振動。因此，可以更可靠地防止產(chǎn)生劣質連接。
此外，在該摩擦攪動接合裝置80中，因為第一前側壓輥11和第二前側壓輥12一體地連接，可以簡化用于支承這些輥子的支承夾具的結構。
此外，在通過該摩擦攪動接合方法接合的貼靠的接合元件中，因為接合的貼靠部分3’處于急冷狀態(tài)，可以獲得高接合強度。此外，因為接合的貼靠部分3’的上表面形成于跨過第一接合元件1的表面和第二接合元件2的表面的一個傾斜的表面內，所獲得的貼靠的接合元件可以消除產(chǎn)生在臺階部分4中的應力集中。因此，可以獲得顯著的強度可靠性。
此外，因為通過擠壓除去微小的的不平例如通過毛刺而平滑化傾斜的接合的貼靠部分3’的上表面，可以獲得一良好的表面狀態(tài)。因此，即使是在對該貼靠的接合元件進行刷漆時，可以在該接合的貼靠部分3’的上表面形成一良好狀態(tài)的薄膜。
<示例>
下面，將示出根據(jù)第一實施例的摩擦攪動接合方法的具體示例。
首先，制備一種由鋁合金(材料JIS A5052-0，尺寸長度1000mm×寬100mm×厚2mm)制成的長板狀第一接合元件和由鋁合金(材料JISA5052-0，尺寸長度1000mm×寬100mm×厚3mm)制成的長板狀第二接合元件。
準備一具有帶有一探針41a的轉子41的工具作為接合元件40。一轉子41的端面41a的直徑D為9mm，探針42從轉子端面41a伸出的長度是2.3mm。該探針42有一個M3螺紋軸向部分。
準備如圖8A和8B中所示的輥子作為前側壓輥10，同時準備如圖8C至8E中所示的輥子作為前側壓輥20。各輥子的結構如下。
圖8A所示的前側壓輥10A是與傳統(tǒng)相同的柱狀元件，并設置成覆蓋貼靠的部分。
圖8B所示的前側壓輥10B具有與第一實施例的輥子10相同的結構。
圖8C所示的后側壓輥20C是與傳統(tǒng)相同的柱狀元件。
圖8D所示的后側壓輥20D是與第一實施例的輥子20相同的結構。
圖8E所示的后側壓輥20E包括一第一后側壓輥21，第二后側壓輥22和一具有比第二后側壓輥22的直徑小的柱狀連接軸向部分24。第一后側壓輥21和第二后側壓輥22通過該柱狀連接軸向部分24一體地連接。換句話說，后側壓輥20E不具有用于擠壓接合的貼靠部分3’的第三后側壓輥。該后側壓輥20E設置成第一和第二后側壓輥21和22設置在該接合的貼靠部分的旁邊。
<示例1>
第一接合元件1的側邊緣和第二接合元件2的側邊緣彼此貼靠并且下表面彼此平齊。然后，通過第一實施例的接合方法使貼靠部分3沿其整個長度接合。在該接合中，圖8B所示的輥10B用作前側壓輥，圖8D所示的輥20D用作后側壓輥。所述接合在下述條件下進行接合工具40的轉子41的轉速為1000rpm；接合速率為700mm/min；接合工具40的旋轉軸線Q朝向第一接合元件1的傾斜角θ為5°。
<示例2>
使用圖8B所示的前側壓輥10B和圖8C所示的后側壓輥20C。使接合元件1和2的貼靠部分3沿其整個長度進行接合。其它接合條件與上述示例1的相同。
<示例3>
使用圖8A所示的前側壓輥10A和圖8D所示的后側壓輥20D。使接合元件1和2的貼靠部分3沿其整個長度進行接合。其它接合條件與上述示例1的相同。
<示例4>
使用圖8A所示的前側壓輥10A和圖8E所示的后側壓輥20E。使接合元件1和2的貼靠部分3沿其整個長度進行接合。其它接合條件與上述示例1的相同。
<對比示例>
使用圖8A所示的前側壓輥10A和圖8C所示的后側壓輥20C。使接合元件1和2的貼靠部分3沿其整個長度進行接合。其它接合條件與上述示例1的相同。
對于通過上述示例1-4所獲得的接合的貼靠元件，用肉眼觀察該接合的貼靠部分的表面狀態(tài)，并調查熱畸變的量。
表1

注(*)○很好
△良好關于表1中的熱畸變量，將設置在一平面上的該獲得的貼靠的接合元件的最大彎曲量表示為熱畸變量。
如表中所示，在通過對比示例所獲得的該接合的貼靠元件中，熱畸變量為10mm，產(chǎn)生了較大的熱畸變。另一方面，在通過示例1-4所獲得的該接合的貼靠元件中，熱畸變量為5mm或更小，熱畸變的產(chǎn)生受到了抑制。特別是在示例1和2中的接合的貼靠元件中，熱畸變量為3mm，進一步抑制了熱畸變的產(chǎn)生。
此外，在通過對比示例所獲得的該接合的貼靠元件中，在接合的貼靠部分中產(chǎn)生了未接合的部分，并產(chǎn)生了劣質的接合。另一方面，在通過示例1-4所獲得的該接合的貼靠元件中，未產(chǎn)生未接合的部分，且接合狀態(tài)良好。
此外，在通過示例2、4和對比示例所獲得的該接合的貼靠元件中，在接合的貼靠部分中產(chǎn)生了微小的不平例如毛刺。相反，在通過示例1和3所獲得的該貼靠的接合元件中，在接合的貼靠部分中沒有產(chǎn)生了微小的不平。該表面在一傾斜的狀態(tài)下平滑化，并且表面狀態(tài)很好。
第二實施例圖9至16是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的摩擦攪動接合方法、用于制造貼靠的接合元件的方法，以及摩擦攪動接合裝置的附圖。在這些圖中，相同的標號指定與上述第一實施例中的相同部件。在下文中，將通過集中于第一實施例與第二實施例之間的區(qū)別說明該第二實施例。
在該第二實施例中，如圖9所示，前側壓輥10分成第一前側壓輥11和第二前側壓輥12。即，第一前側壓輥11和第二前側壓輥12是彼此分開的元件。第一前側壓輥11的外徑和第二前側壓輥12的具有相同的尺寸。
在圖9中，“50”表示一溫度計裝置(例如輻射溫度計)用于測量接合元件1和2的接合的貼靠部分3’的表面溫度。該溫度計裝置50設置在接合元件1和2的上表面?zhèn)忍结槻迦胛恢煤偷谌髠葔狠?3之間。
在圖10中，“60a”表示一用于第一前側壓輥11的傾斜角改變裝置。如圖11所示，該傾斜角改變裝置60a用于改變第一前側壓輥11的軸線P1在一個平行第一接合元件1的上表面的平面內相對于第一接合元件1的貼靠方向N的傾斜角α1。此外，如圖14所示，該傾斜角改變裝置60a可用于改變第一前側壓輥11的軸線P1在一個一個垂直于一接合方向WD的平面內相對于第一接合元件1的貼靠方向N的傾斜角β1。第一前側壓輥11與該傾斜角改變裝置60a連接。因此，通過該傾斜角改變裝置60a，可以分別改變傾斜角α1和傾斜角β1。
在圖10中，“61a”表示一用于第一前側壓輥11的控制器。該控制器61a用于基于所述溫度計裝置50獲得的測量值而控制所述傾斜角改變裝置60a的操作，如圖11所示。溫度計裝置50與該控制器61a連接。此外，傾斜角改變裝置60a與該控制器61a連接。
在圖10中，“61b”表示一用于第二前側壓輥12的傾斜角改變裝置。如圖11所示，該傾斜角改變裝置60b用于改變第二前側壓輥12的軸線P2在一個平行第二接合元件2的上表面的平面內相對于第二接合元件2的貼靠方向N的傾斜角α2。此外，如圖14所示，該傾斜角改變裝置60b可用于改變第二前側壓輥12的軸線P2在一個一個垂直于一接合方向WD的平面內相對于第二接合元件2的貼靠方向N的傾斜角β2。第二前側壓輥12與該傾斜角改變裝置60b連接。因此，通過該傾斜角改變裝置60b，可以分別改變傾斜角α2和傾斜角β2。
在圖10中，“61b”表示一用于第二前側壓輥12的控制器。該控制器61b用于基于所述溫度計裝置50獲得的測量值而控制所述傾斜角改變裝置60b的操作，如圖11所示。溫度計裝置50與該控制器61b連接。此外，傾斜角改變裝置60b與該控制器61b連接。
在該摩擦攪動接合裝置80中，如圖9所示，前側支承輥31分成第一前側支承輥31a和第二前側支承輥31b。即，第一前側支承輥31a和第二前側支承輥31b是分開的元件。第一前側支承輥31a的外徑和第二前側支承輥31b的具有相同的尺寸。通過第一前側支承輥31a，從下表面支承第一接合元件1相對于探針插入位置的接合方向前側。此外，通過第二前側支承輥31b，從下表面支承第二接合元件2相對于探針插入位置的接合方向前側。
在圖10中，“65a”表示一用于第一前側支承輥31a的傾斜角改變裝置，如圖12所示，該傾斜角改變裝置65a用于改變第一前側支承輥31a的軸線S1在一個平行第一接合元件1的下表面的平面內相對于第一接合元件1的貼靠方向N的傾斜角γ1。第一前側支承輥31a與該傾斜角改變裝置65a連接。因此，通過該傾斜角改變裝置65a，可以改變傾斜角γ1。
在圖10中，“65b”表示一用于第二前側支承輥31b的傾斜角改變裝置，如圖12所示，該傾斜角改變裝置65b用于改變第二前側支承輥31b的軸線S2在一個平行第二接合元件2的下表面的平面內相對于第二接合元件2的貼靠方向N的傾斜角γ2。第二前側支承輥31b與該傾斜角改變裝置65b連接。因此，通過該傾斜角改變裝置65b，可以改變傾斜角γ2。
在該摩擦攪動接合裝置80中，通過如下操作傾斜角改變裝置60a使第一前側壓輥11如圖13所示設置。即，將第一前側壓輥11設置成這樣一個狀態(tài)第一接合元件1的貼靠部分側3的一端相對于其另一端位于接合方向前側位置，并且該輥11的軸線P1在一個平行第一接合元件1的上表面的平面內相對于第一接合元件1的貼靠方向N傾斜。通過如上設置第一前側壓輥11，根據(jù)第一接合元件1的運動，第一接合元件1的沿貼靠方向N的力作用于第一接合元件1。此外，在該摩擦攪動接合裝置80中，通過如下操作傾斜角改變裝置60b設置第二前側壓輥12。即，將第二前側壓輥12設置成這樣一個狀態(tài)第二接合元件2的貼靠部分側3的一端相對于其另一端位于接合方向前側位置，并且該輥12的軸線P2在一個平行第二接合元件2的上表面的平面內相對于第二接合元件2的貼靠方向N傾斜。通過如上設置第二前側壓輥12，根據(jù)第二接合元件2的運動，沿第二接合元件2的貼靠方向N的力作用于第二接合元件2。因此，根據(jù)接合元件1和2的運動，接合元件1和2在貼靠部分3彼此牢牢地接觸，并在接觸狀態(tài)下沿預定方向MD移動。
在該摩擦攪動接合裝置80中，通過如下操作傾斜角改變裝置65a使第一前側支承輥31a如圖13所示設置。即，將第一前側支承輥31a設置成這樣一個狀態(tài)，第一接合元件1的貼靠部分側3的一端相對于其另一端位于接合方向前側位置，并且該輥31a的軸線S1在一個平行第一接合元件1的下表面的平面內相對于第一接合元件1的貼靠方向N傾斜。類似地，通過如下操作傾斜角改變裝置65b設置第二前側支承輥31b。即，將第二前側支承輥31b設置成這樣一個狀態(tài)第二接合元件2的貼靠部分側3的一端相對于其另一端位于接合方向前側位置，并且該輥31b的軸線S2在一個平行第二接合元件2的下表面的平面內相對于第二接合元件2的貼靠方向N傾斜。通過如上設置第一和第二前側支承輥31a和31b，接合元件1和2在貼靠部分3彼此緊緊地接觸。
在該摩擦攪動接合裝置80中，通過如下操作傾斜角改變裝置60a使第一前側壓輥11設置成如圖15所示。也就是說，第一前側壓輥11以這樣一種狀態(tài)設置，即，在第一接合元件1的貼靠部分側3的第一前側壓輥11的一端定位于高于它的另一端，并且該輥子11的軸線P1在一個垂直于接合方向WD的平面內相對于第一接合元件1的貼靠線N傾斜。在該狀態(tài)下，第一前側壓輥11施壓于第一接合元件1。類似地，通過如下操作傾斜角改變裝置60b設置第二前側壓輥12。也就是說，第二前側壓輥12以這樣一種狀態(tài)設置，即，在第二接合元件2的貼靠部分側3的第二前側壓輥12的一端定位于高于它的另一端，并且該輥子12的軸線P2在一個垂直于接合方向WD的平面內相對于第二接合元件2的貼靠線N傾斜。在該狀態(tài)下，第二前側壓輥12施壓于第二接合元件2。
如圖16所示，在該摩擦攪動接合裝置中，后側支承輥32分成第一后側支承輥32a和第二后側支承輥32b。第一后側支承輥32a的外徑和第二后側支承輥32b的具有相同的尺寸。第一接合元件1相對于探針插入位置的接合方向后側由第一后側支承輥32a從其下表面?zhèn)戎С?，而第二接合元?相對于探針插入位置的接合方向后側由第二后側支承輥32b從其下表面?zhèn)戎С小?br> 在該第二實施例中，進行如下接合操作。在測量接合元件1和2的接合的貼靠部分3’的表面溫度的同時，通過沿預定方向MD移動接合元件1和2使貼靠部分3與探針42接合。
在接合的貼靠部分3’的表面溫度高于或低于預定溫度的情況下，容易產(chǎn)生劣質接合處例如接合缺陷和熱畸變。因此，如果在接合期間識別出接合的貼靠部分3’的表面溫度高于或低于預定溫度，基于從溫度計裝置50獲得的測量值通過控制器61a和61b操作傾斜角改變裝置60a和60b中的至少一個，以改變傾斜角β1或β2中的至少一個。因而，待由接合元件1和2接收的輥子的壓力在貼靠方向N改變。結果，可以可靠地防止產(chǎn)生劣質接合處。傾斜角β1或β2的改變操作是自動進行的。因此，在該第二實施例中，可以進行接合而同時防止產(chǎn)生劣質接合處，并因此可以有效地進行劣質接合處的防止。
此外，在該第二實施例中，因為貼靠部分3與牢固地粘接的接合元件1和2接合，可以獲得一牢固接合的貼靠部分3’。此外，可以防止貼靠部分3在移動接合元件1和2期間分離。
此外，因為前側壓輥10分成第一前側壓輥11和第二前側壓輥12，即使各接合元件1和2的厚度沿縱向波動，各接合元件1和2也可以被有力地施壓。
此外，因為后側支承輥32分成第一后側支承輥32a和第二后側支承輥32b，可以增加后側支承輥32的設計自由度。因此，可以通過改變第一后側支承輥32a和第二后側支承輥32b的相互位置或改變其圓周速度防止接合元件1和2的曲折運動。此外，可以增加對各接合元件1和2的構形缺陷的矯直效果。
在該第二實施例中，舉例說明了作為關于接合的貼靠部分3’的接合狀態(tài)的特征的貼靠部分3’的表面溫度。然而，在本發(fā)明中，關于接合狀態(tài)的特征可以是例如貼靠部分3’的表面殘余應力。
然而，本發(fā)明并不限于上述第一和第二實施例，而是允許各種變型。
例如，后側壓輥20可分成第一后側壓輥21，第二后側壓輥22和第三后側壓輥23。
此外，前側壓輥10和/或后側壓輥20可以形成為使得它們起到使接合元件1和2沿預定方向MD移動的驅動輥的作用，或者使它們設置有圓周速度控制機構。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪動接合方法中，貼靠部分3可以通過使插入到接合元件1和2的貼靠部分3中的探針42沿位置固定的接合元件1和2的貼靠部分3移動而接合。在該情況下，探針的移動方向與接合方向一致。
第三實施例圖17至21是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的摩擦攪動接合方法、用于制造貼靠的接合元件的方法，以及摩擦攪動接合裝置的附圖。在這些圖中，相同的標號指定與上述第一實施例中的相同部件。在下文中，將通過集中于第一實施例與第三實施例之間的區(qū)別說明該第三實施例。
在該第三實施例中，摩擦攪動接合裝置80具有一加熱輥91作為加熱裝置。該加熱輥91由一個具有下述結構的背墊輥33構成。該背墊輥33的結構如下。如圖18所示，在背墊輥33的縱向中間部分的周邊表面部分，沿其整個圓周嵌入一電加熱器91a作為加熱源。如圖17所示，用于向電加熱器91a供電的電源供電線91b與電加熱器91a連接。該背墊輥33由可以經(jīng)受住電加熱器91a所產(chǎn)生的熱量的抗熱材料制成。通過向電加熱器91a供電產(chǎn)生熱量，背墊輥33的周邊被加熱。
在該第三實施例中，前側壓輥10與在第二實施例中相同的方式分成第一前側壓輥11和第二前側壓輥12，如圖17所示。即，第一前側壓輥11和第二前側壓輥12是彼此分開的元件。第一前側壓輥11的外徑和第二前側壓輥12的外徑具有相同的尺寸。
此外，如圖17所示，后側壓輥20沒有設置一第三后側壓輥，而是分成第一后側壓輥21和第二后側壓輥22。即，第一后側壓輥21和第二后側壓輥22是彼此分開的元件。第一后側壓輥21的外徑和第二后側壓輥22的外徑具有相同的尺寸。
在該第三實施例中，進行如下接合操作。即，通過電加熱器91a預先加熱背墊輥33的周邊。然后，在接合期間，通過使加熱的背墊輥33的周邊與探針插入位置處的接合元件1和2的貼靠部分3的下表面接觸，加熱接合元件1和2的下表面。結果，背墊輥33的周邊的熱量傳導到接合元件1和2的下表面，并且接著所傳導的熱量從下表面沿厚度方向傳導。因而，接合元件1和2的沿厚度方向的下表面附近的部分溫度變高。在圖18和20中，“Y”表示在高溫狀態(tài)的接合元件1和2的一部分。在本發(fā)明中，因為下述原因優(yōu)選地加熱所述下表面以使得接合元件1和2的下表面的溫度落在400℃至500℃的范圍內。如果下表面的溫度小于400℃，存在由于加熱不充足而不能很好地進行材料的混合的可能性。另一方面，如果該溫度超過500℃，存在接合元件1和2由于過熱而熔化的可能性。
在背墊輥33的加熱周邊接觸接合元件1和2的下表面的狀態(tài)下，接合元件1和2二者沿預定方向MD移動。結果，根據(jù)接合元件1和2的運動，貼靠部分3通過探針42在探針插入位置接合。
在該第三實施例中，因為接合元件1和2的貼靠部分3的探針插入位置的下表面與加熱的背墊輥33接觸并因此被加熱，接合元件1和2的沿厚度方向的下表面附近的部分處于高溫狀態(tài)。因此，在探針42的端部和接合元件1和2的下表面之間的材料可非常快地軟化，導致材料充分地混合。因此，可以防止產(chǎn)生底部剩余部分R(見圖31)，并如圖21所示，貼靠部分3可以沿整個厚度長度接合。因此，根據(jù)該摩擦攪動接合方法，即使接合元件1和2的厚度尺寸沿縱向波動，也可以可靠地防止產(chǎn)生底部剩余部分，導致改善的接合強度。
此外，在該摩擦攪動接合方法中，因為在通過背墊輥33的周邊加熱接合元件1和2的貼靠部分3的探針插入位置的下表面的同時進行了接合，可以很好地進行接合操作并且有效地進行加熱。
在本發(fā)明中，可以通過使加熱輥91的加熱的周邊與所述下表面接觸而加熱接合元件1和2的探針插入位置的接合方向前側的下表面的同時進行接合。
第四實施例圖22和23是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第四實施例的摩擦攪動接合方法、用于制造貼靠的接合元件的方法，以及摩擦攪動接合裝置的附圖。在這些圖中，相同的標號指定與上述第一實施例中的相同部件。在下文中，將通過集中于第三實施例與第四實施例之間的區(qū)別說明該第四實施例。
在該第四實施例中，摩擦攪動接合裝置80具有一激光照射加熱裝置92作為加熱裝置。如圖22中所示，該激光照射加熱裝置92設置在接合元件1和2的接合方向前側的探針插入位置附近的下表面?zhèn)?。另一方面，背墊輥33不具有內置電加熱器。
該激光照射加熱裝置92具有一管口92b用于發(fā)射激光92a。該噴管92b被設置成發(fā)射端面朝上。
在該第四實施例中，接合時一束激光92a從噴管92b的發(fā)射端射出，并且該激光92a在探針插入位置的接合方向前側照射接合元件1和2的貼靠部分3的下表面以加熱該下表面。然后，熱量從該下表面沿厚度方向傳導。從而，接合元件1和2的下表面附近的部分溫度將變高(“Y”表示該部分)。
在向接合元件1和2的下表面照射激光92a的同時，接合元件1和2沿預定方向MD移動。根據(jù)接合元件1和2的該運動，貼靠部分3通過探針42在探針插入位置接合。
在該第四實施例中，當接合元件1和2的高溫部分Y根據(jù)接合元件1和2的運動而到達探針插入位置時，在探針42的端部和接合元件1和2的下表面之間的材料可非?？斓剀浕?，導致材料充分地混合。因此，可以防止產(chǎn)生底部剩余部分R(見圖31)。
在本發(fā)明中，在探針插入位置的接合元件1和2的貼靠部分3的下表面沒有例如一背墊輥33的阻礙時，可以在通過照射激光92a加熱接合元件1和2的探針插入位置的下表面的同時進行接合。
第五實施例圖24和25是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第五實施例的摩擦攪動接合方法、用于制造貼靠的接合元件的方法，以及摩擦攪動接合裝置的附圖。在這些圖中，相同的標號指定與上述第一實施例中的相同部件。在下文中，將通過集中于第三實施例與第五實施例之間的區(qū)別說明該第五實施例。
在該第五實施例中，摩擦攪動接合裝置80具有一高頻感應加熱裝置93作為加熱裝置。該高頻感應加熱裝置93設置在接合元件1和2的接合方向前側的探針插入位置附近的下表面?zhèn)?。另一方面，背墊輥33不具有內置電加熱器。
該高頻感應加熱裝置93具有一感應線圈93a。一高頻電源(未示出)與該感應線圈93a相連接。如圖25中所示，該感應線圈93a設置在接合元件1和2的下表面并與該下表面接觸或在該下表面附近以跨過(bridge)貼靠部分3。
在該第五實施例中，接合時使高頻電流通過感應線圈93a，從而在接合元件1和2的下表面產(chǎn)生一感應電流。因而加熱該下表面。
在接合元件1和2的下表面產(chǎn)生感應電流的同時，沿預定方向MD移動接合元件1和2。根據(jù)接合元件1和2的該運動，貼靠部分3通過探針42在探針插入位置接合。
在該第五實施例中，當接合元件1和2的高溫部分Y根據(jù)接合元件1和2的運動而到達探針插入位置時，在探針42的端部和接合元件1和2的下表面之間的材料可非?？斓剀浕?，導致材料充分地混合。因此，可以防止產(chǎn)生底部剩余部分R(見圖31)。
在本發(fā)明中，在探針插入位置的接合元件1和2的貼靠部分3的下表面沒有例如一背墊輥33的阻礙時，可以在通過在探針插入位置的下表面設置一感應線圈93a而在下表面產(chǎn)生一感應電流從而加熱在貼靠部分3處的接合元件1和2的探針插入位置的下表面的同時進行接合。
第六實施例圖26至28是用于說明根據(jù)本發(fā)明的第六實施例的摩擦攪動接合方法、用于制造貼靠的接合元件的方法，以及摩擦攪動接合裝置的附圖。在這些圖中，相同的標號指定與上述第一實施例中的相同部件。在下文中，將通過集中于第三實施例與第六實施例之間的區(qū)別說明該第六實施例。
在該第六實施例中，第一接合元件1的厚度t1為3毫米或更小，具體地為1毫米，第一接合元件1的厚度t1與第二接合元件2的厚度t2之間的關系由不等式t2＞t1(見圖28)給出。
摩擦攪動接合裝置80具有一摩擦攪動接合輔助接合(sub-join)工具45用于接合底部剩余部分R(見圖31)。在下文中，為了便于說明，用于從上表面?zhèn)冉雍纤鼋雍显?和2的貼靠部分3的上述接合工具40、轉子41和探針42將分別稱為“主要接合工具”，“主轉子”和“主探針”。
該輔助接合工具45具有一較大直徑的柱狀輔助轉子46和一較小直徑的銷狀輔助探針47。該輔助探針47沿旋轉軸線S從輔助轉子46的端面46a的旋轉中心一體地伸出。
輔助探針47的長度設定為比主要接合工具40的主探針42的短很多。特別優(yōu)選的是該長度落在0.1mm-0.5mm的范圍內。該輔助接合工具45的其它結構與上述主要接合工具40的相同。
輔助接合工具45設置在接合元件1和2的下表面?zhèn)鹊闹饕结槻迦胛恢玫慕雍戏较蚯皞雀浇牟糠植⑶逸o助探針47面朝上設置。在該第六實施例中，輔助接合工具45的旋轉輔助探針47從下表面?zhèn)炔迦氲街饕结槻迦胛恢酶浇慕雍戏较蚯皞鹊牟糠帧?yōu)選地，輔助轉子46的端面46a壓靠在接合元件1和2的下表面/端面上。然后，在該狀態(tài)下，使接合元件1和2沿預定方向MD移動以使得主探針42和輔助探針47沿貼靠部分3前進。
此時，優(yōu)選地，輔助探針47從下表面插入到貼靠部分3的插入深度δ由于以下原因落于0.1-0.5mm的范圍內。如果輔助探針47的插入深度δ小于0.1mm，存在插入深度可能不充分并因此可能留下底部剩余部分的可能性。另一方面，如果輔助探針47的插入深度δ超過0.5mm，所需的用于移動接合元件1和2的力變大，這又使接合元件1和2的移動操作變得難以執(zhí)行。因此，優(yōu)選地，輔助探針47的插入深度δ落于0.1-0.5mm的范圍內。
根據(jù)接合元件1和2的運動，在接合元件1和2的貼靠部分3處的探針插入位置的接合方向前側附近的部分由輔助接合工具45的輔助探針47較淺地接合。當接合的部分到達主要接合工具40的主探針插入位置時，貼靠部分3由主探針42在整個厚度上接合。因此，可以防止產(chǎn)生底部剩余部分R(見圖31)。
在本發(fā)明中，如圖27中的假想線所示，所述結合可以在輔助接合工具45的旋轉輔助探針47可從下表面?zhèn)炔迦氲浇雍显?和2的接合的貼靠部分3’的狀態(tài)下進行。在主探針插入位置的接合元件1和2的貼靠部分3的下表面?zhèn)葲]有例如一背墊輥33的阻礙時，可以在通過在將輔助接合工具45的旋轉輔助探針47在貼靠部分3插入接合元件1和2的主探針插入位置的下表面的同時進行接合。
此外，在根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪動接合方法中，可以通過使插入到接合元件1和2的貼靠部分3中的旋轉探針4 2沿固定的接合元件1和2的貼靠部分3移動而接合貼靠部分3。在該情況下，探針的移動方向與接合方向一致。
接著，將示出根據(jù)該第六實施例的摩擦攪動接合方法的具體示例。
<示例5>
制備由鋁合金(材料JIS A6063-T5，厚度1mm)制成的長板狀第一接合元件和由鋁合金(材料JIS A6063-T5，厚度2mm)制成的長板狀第二接合元件。然后，使接合元件1和2的側邊緣彼此貼靠并且下表面彼此平齊，并根據(jù)第三實施例的上述接合方法使所述元件的貼靠部分3沿整個長度接合。
<示例6>
根據(jù)第四實施例的上述接合方法使接合元件1和2的貼靠部分3沿整個長度接合。其它接合條件與上述第五實施例的相同。
<示例7>
根據(jù)第五實施例的上述接合方法使接合元件1和2的貼靠部分3沿整個長度接合。其它接合條件與上述第五實施例的相同。
<示例8>
根據(jù)第六實施例的上述接合方法使接合元件1和2的貼靠部分3沿整個長度接合。在該接合中，輔助接合工具45的輔助探針47的插入深度δ設定為0.1mm。其它接合條件與上述第五實施例的相同。
關于在上述示例5至8中獲得的貼靠的接合元件，通過使用一顯微鏡觀察各橫截面，并且評估接合狀態(tài)。結果，在任何貼靠的接合元件中沒有產(chǎn)生底部剩余部分。該結果表明該接合的貼靠的接合元件具有高的結合強度和顯著的強度可靠性。
下面總結本發(fā)明的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面的摩擦攪動接合方法，分別通過一第一前側壓輥和第二前側壓輥從上表面施壓于第一接合元件和第二接合元件相對探針插入位置的接合方向前側，可以在接合期間防止例如各接合元件的意外的移動等缺陷，并且還可以修正各接合元件的構形缺陷例如扭曲或彎曲。此外，在該狀態(tài)下進行接合加工可以防止產(chǎn)生劣質接合處例如接合缺陷或熱畸變，從而獲得高質量的接合的貼靠接合元件。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面的摩擦攪動接合方法，可以獲得與本發(fā)明的第一方面的相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面的摩擦攪動接合方法，可以防止或抑制產(chǎn)生劣質的接合處，并因此可以獲得高質量的貼靠接合元件。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面的摩擦攪動接合方法，因為在探針插入位置或接合方向前側加熱接合元件的貼靠部分的下表面的同時接合所述貼靠部分，可以防止產(chǎn)生底部剩余部分，并因此可以獲得具有高接合強度的接合的貼靠接合元件。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面的摩擦攪動接合方法，因為貼靠部分通過以下方法而接合，即使接合元件相對于主探針和輔助探針移動以使得探針在輔助接合工具的旋轉輔助探針被插入接合元件的貼靠部分或接合的貼靠部分的狀態(tài)下沿貼靠的部分前進，所以可以防止產(chǎn)生底部剩余部分，并因此可以獲得具有高接合強度的貼靠接合元件。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面的用于制造貼靠接合部分的方法，可以獲得與本發(fā)明的第一方面的相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面的用于制造貼靠接合部分的方法，可以獲得與本發(fā)明的第二方面的相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第八方面的用于制造貼靠接合部分的方法，可以獲得與本發(fā)明的第三方面的相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第九方面的用于制造貼靠接合部分的方法，可以獲得與本發(fā)明的第四方面的相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第十方面的用于制造貼靠接合部分的方法，可以獲得與本發(fā)明的第五方面的相同的效果。
根據(jù)本發(fā)明的第十一方面的摩擦攪動接合裝置，可以有效地進行本發(fā)明的第一方面的摩擦攪動接合方法或本發(fā)明的第六方面的用于制造貼靠接合部分的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第十二方面的摩擦攪動接合裝置，可以有效地進行本發(fā)明的第二方面的摩擦攪動接合方法或本發(fā)明的第七方面的用于制造貼靠接合部分的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第十三方面的摩擦攪動接合裝置，可以有效地進行本發(fā)明的第三方面的摩擦攪動接合方法或本發(fā)明的第八方面的用于制造貼靠接合部分的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第十四方面的摩擦攪動接合裝置，可以有效地進行本發(fā)明的第四方面的摩擦攪動接合方法或本發(fā)明的第九方面的用于制造貼靠接合部分的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第十五方面的摩擦攪動接合裝置，可以有效地進行本發(fā)明的第五方面的摩擦攪動接合方法或本發(fā)明的第十方面的用于制造貼靠接合部分的方法。
本文中所用的上述術語和表達方法用作說明性的而非限制性的術語，并且不希望在使用這些術語和表達方法時排除任何所示或所述特性或其部分的等同物，而是認為在本發(fā)明的范圍內可以有各種變型。
工業(yè)實用性一種摩擦攪動接合方法，一種用于制造貼靠接合部分的方法，和一種摩擦攪動接合裝置優(yōu)選地適用于制造用于例如汽車、飛行器和軌道車輛等運輸設備的地板材料、墻壁材料和天花板材料的金屬板狀元件。
權利要求
1.一種摩擦攪動接合方法，用于通過使接合元件(1，2)相對于從所述接合元件的上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)，其中，在分別通過一第一前側壓輥(11)和一第二前側壓輥(12)從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)的相對于探針插入位置接合方向前側的同時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
2.一種摩擦攪動接合方法，用于通過使接合元件(1，2)相對于從所述接合元件的上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)，其中，在分別通過一第一后側壓輥(21)和一第二后側壓輥(22)從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)相對于探針插入位置的接合方向后側的同時進行所述貼靠部分(3)的接合。
3.一種摩擦攪動接合方法，用于通過使接合元件(1，2)相對于從所述接合元件的上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)，其中，在分別通過一第一前側壓輥(11)和一第二前側壓輥(12)從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)相對于探針插入位置的接合方向前側，和在分別通過一第一后側壓輥(21)和一第二后側壓輥(22)從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)相對于探針插入位置的接合方向后側的同時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
4.根據(jù)權利要求1或3所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，在分別通過所述第一前側壓輥(11)和第二前側壓輥(12)從所述上表面?zhèn)仁河谠谒龅谝唤雍显?1)相對于探針插入位置的所述接合方向前側的貼靠部分附近的至少一部分和施壓于在所述第二接合元件(2)相對于探針插入位置的所述接合方向前側的貼靠部分附近的至少一部分的同時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
5.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，在通過一帶有錐形周邊的第三后側壓輥(23)從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝缓偷诙雍显?1，2)的接合的貼靠部分(3’)的同時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
6.根據(jù)權利要求5所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，所述第三后側壓輥(23)的周邊被冷卻。
7.根據(jù)權利要求求1至3中任一項所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，在通過使一冷卻輥(32)的冷卻周邊保持與所述下表面接觸而冷卻所述第一和第二接合元件(1，2)的接合的貼靠部分(3’)的下表面同時，進行所述接合的貼靠部分(3)的接合。
8.根據(jù)權利要求1或3所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，所述第一前側壓輥(11)和第二前側壓輥(12)是彼此分開的元件，和在這樣的狀態(tài)下進行所述貼靠部分(3)的接合，即包括所述第一前側壓輥(11)和第二前側壓輥(12)的輥子中的至少一個輥子的軸線(P1，P2)在一個垂直于一接合方向(WD)的平面內相對于所述接合元件(1，2)的貼靠方向(N)傾斜。
9.根據(jù)權利要求1或3所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，所述第一前側壓輥(11)和第二前側壓輥(12)是彼此分開的元件，和在基于關于所述第一和第二接合元件(1，2)的接合的貼靠部分(3’)的接合狀態(tài)的特征的一測量值改變所述第一前側壓輥(11)的軸線(P1)在一個垂直于一接合方向(WD)的平面內相對于所述第一接合元件(1)的貼靠方向(N)的傾斜角(β1)和所述第二前側壓輥(12)的軸線(P2)在一個垂直于一接合方向(WD)的平面內相對于所述第二接合元件(2)的貼靠方向(N)的傾斜角(β2)中的至少一個時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
10.根據(jù)權利要求1或3所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，所述第一前側壓輥(11)和第二前側壓輥(12)是彼此分開的元件，和在這樣的狀態(tài)下進行所述貼靠部分(3)的接合，即包括所述第一前側壓輥(11)和第二前側壓輥(12)的輥子中的至少一個輥子的軸線(P1，P2)在一個平行于所述接合元件(1，2)的上表面的平面內相對于所述接合元件(1，2)的貼靠方向(N)傾斜以使得沿貼靠方向(N)的力作用于所述接合元件(1，2)。
11.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，在這樣的狀態(tài)下進行所述貼靠部分(3)的接合，即所述第一接合元件(1)和第二接合元件(2)相對于探針插入位置的所述接合方向前側分別由一第一前側支承輥(31a)和與所述第一前側支承輥(31a)分開的第二前側支承輥(31b)從所述接合元件的下表面?zhèn)戎С?，并且包括所述第一前側支承?31a)和第二前側支承輥(31b)的輥子中的至少一個輥子的軸線(S1，S2)在一個平行于所述接合元件(1，2)的下表面的平面內相對于所述接合元件(1，2)的貼靠方向(N)傾斜以使得沿貼靠方向(N)的力作用于所述接合元件(1，2)。
12.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，在所述第一接合元件(1)和第二接合元件(2)相對于探針插入位置的所述接合方向后側分別由一第一后側支承輥(32a)和與所述第一后側支承輥(32a)分開的第二后側支承輥(32b)從所述接合元件的下表面?zhèn)戎С械臓顟B(tài)下，進行所述貼靠部分(3)的接合。
13.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，在沿一平行于接合方向(WD)的張力作用于所述第一接合元件(1)和第二接合元件(2)中的至少一個的狀態(tài)下，進行所述貼靠部分(3)的接合。
14.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，在加熱所述貼靠部分(3)的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
15.根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，在這樣的狀態(tài)下進行所述貼靠部分(3)的接合，即使所述接合元件(1，2)相對于從下表面?zhèn)炔迦氲谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)或一接合的貼靠部分(3’)的輔助接合工具(45)的旋轉輔助探針(47)移動，以使得所述探針(42)和所述輔助探針(47)沿貼靠部分(3)前進。
16.一種摩擦攪動接合方法，用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從其上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠的第一接合元件(1)和第二接合元件(2)，其中，在加熱所述貼靠部分(3)的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面的同時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
17.根據(jù)權利要求16所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，所述加熱是通過從在所述接合元件(1，2)的下表面與所述探針(42)相對設置的一背墊輥(33)的加熱的周邊的熱傳導而進行的。
18.一種摩擦攪動接合方法，用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從其上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠且上和下表面彼此平齊的第一接合元件(1)和第二接合元件(2)，其中，在使所述接合元件(1，2)相對于從其下表面?zhèn)炔迦氲谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)或一接合的貼靠部分(3’)的輔助接合工具(45)的旋轉輔助探針(47)移動，以使得所述探針(42)和所述輔助探針(47)沿貼靠部分(3)前進時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
19.根據(jù)權利要求18所述的摩擦攪動接合方法，其特征在于，所述輔助探針(47)的插入深度(δ)在0.1-0.5mm的范圍內調節(jié)。
20.一種用于通過進行一種摩擦攪動接合方法制造接合的貼靠元件的方法，所述摩擦攪動接合方法用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從所述接合元件的上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)，其中，在分別通過一第一前側壓輥(11)和一第二前側壓輥(12)從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)相對于探針插入位置的接合方向前側的同時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
21.一種用于通過進行一種摩擦攪動接合方法制造接合的貼靠元件的方法，所述摩擦攪動接合方法用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從所述接合元件的上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)，其中，在分別通過一第一后側壓輥(21)和一第二后側壓輥(22)從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)相對于探針插入位置的接合方向后側的同時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
22.一種用于通過進行一種摩擦攪動接合方法制造接合的貼靠元件的方法，所述摩擦攪動接合方法用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從所述接合元件的上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)，其中，在分別通過一第一前側壓輥(11)和一第二前側壓輥(12)從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)相對于探針插入位置的接合方向前側，和在分別通過一第一后側壓輥(21)和一第二后側壓輥(22)從所述上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)相對于探針插入位置的接合方向后側的同時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
23.根據(jù)權利要求20至22中任一項所述的用于制造接合的貼靠元件的方法，其特征在于，在加熱所述貼靠部分(3)的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
24.根據(jù)權利要求20至22中任一項所述的用于制造接合的貼靠元件的方法，其特征在于，在使所述第一和第二接合元件(1，2)相對于從其下表面?zhèn)炔迦氲谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)或一接合的貼靠部分(3’)的輔助接合工具(45)的旋轉輔助探針(47)移動，以使得所述探針(42)和所述輔助探針(47)沿貼靠部分(3)前進時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
25.一種用于通過進行一種摩擦攪動接合方法制造接合的貼靠元件的方法，所述摩擦攪動接合方法用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從其上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠的第一接合元件(1)和第二接合元件(2)，其中，在加熱所述貼靠部分(3)的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面的同時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
26.一種用于通過進行一種摩擦攪動接合方法制造接合的貼靠元件的方法，所述摩擦攪動接合方法用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從其上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠并且下表面彼此平齊的第一接合元件(1)和第二接合元件(2)，其中，在使所述接合元件(1，2)相對于從其下表面?zhèn)炔迦氲谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)或一接合的貼靠部分(3’)的輔助接合工具(45)的旋轉輔助探針(47)移動，以使得所述探針(42)和所述輔助探針(47)沿貼靠部分(3)前進時，進行所述貼靠部分(3)的接合。
27.一種摩擦攪動接合裝置，用于通過使接合元件(1，2)相對于從所述接合元件的上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)，所述裝置包括一用于從其上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)相對于探針插入位置的接合方向前側的第一前側壓輥(11)；和一用于從其上表面?zhèn)仁河谒龅诙雍显?2)相對于探針插入位置的接合方向前側的第一前側壓輥(12)。
28.一種摩擦攪動接合裝置(80)，用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從所述接合元件的上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)，所述裝置包括一用于從其上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)相對于探針插入位置的接合方向后側的第一后側壓輥(21)；和一用于從其上表面?zhèn)仁河谒龅诙雍显?2)相對于探針插入位置的接合方向后側的第一后側壓輥(22)。
29.一種摩擦攪動接合裝置(80)，用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從所述接合元件的上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠并且在其上表面?zhèn)染哂幸桓叨炔畹牡谝唤雍显?1)和第二接合元件(2)，所述裝置包括一用于從其上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)相對于探針插入位置的接合方向前側的第一前側壓輥(11)；一用于從其上表面?zhèn)仁河谒龅诙雍显?2)相對于探針插入位置的接合方向前側的第二前側壓輥(12)；一用于從其上表面?zhèn)仁河谒龅谝唤雍显?1)相對于探針插入位置的接合方向后側的第一后側壓輥(21)；和一用于從其上表面?zhèn)仁河谒龅诙雍显?2)相對于探針插入位置的接合方向后側的第二后側壓輥(22)。
30.根據(jù)權利要求27至29中任一項所述的摩擦攪動接合裝置，還包括一帶有一錐形周邊的用于從所述上表面?zhèn)仁河谒鼋雍显?1，2)的接合的貼靠部分(3’)的第三后側壓輥(23)。
31.根據(jù)權利要求30所述的摩擦攪動接合裝置，其特征在于，所述第三后側壓輥(23)的周邊被冷卻。
32.根據(jù)權利要求27至29中任一項所述的摩擦攪動接合裝置，還包括一用于通過使所述冷卻輥(32)的冷卻周邊與所述第一和第二接合元件(1，2)的接合的貼靠部分(3’)的下表面保持接觸而冷卻所述下表面的冷卻輥(32)。
33.根據(jù)權利要求27或29所述的摩擦攪動接合裝置，其特征在于，所述第一前側壓輥(11)和第二前側壓輥(12)是彼此分開的元件，并且還包括一用于改變包括所述第一前側壓輥(11)和第二前側壓輥(12)的輥子中的至少一個輥子的軸線(P1，P2)在一個垂直于一接合方向(WD)的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向(N)的傾斜角(β1，β2)的傾斜角改變裝置(60a，60b)。
34.根據(jù)權利要求33所述的摩擦攪動接合裝置，還包括一用于測量關于所述接合元件的接合的貼靠部分(3’)的接合狀態(tài)的特征的測量裝置(50)；和一用于基于所述測量裝置(50)獲得的測量值而控制所述傾斜角改變裝置(60a，60b)的操作的控制器(61a，61b)。
35.根據(jù)權利要求27或29所述的摩擦攪動接合裝置，其特征在于，所述第一前側壓輥(11)和第二前側壓輥(12)是彼此分開的元件，并且還包括一用于改變包括所述第一前側壓輥(11)和第二前側壓輥(12)的輥子中的至少一個輥子的軸線(P1，P2)在一個平行所述接合元件的上表面的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向(N)的傾斜角(α1，α2)的傾斜角改變裝置(60a，60b)。
36.根據(jù)權利要求35所述的摩擦攪動接合裝置，還包括一用于測量關于所述接合元件的接合的貼靠部分(3’)的接合狀態(tài)的特征的測量裝置(50)；和一用于基于所述測量裝置(50)獲得的測量值而控制所述傾斜角改變裝置(60a，60b)的操作的控制器(61a，61b)。
37.根據(jù)權利要求27至29中任一項所述的摩擦攪動接合裝置，還包括一用于從其下表面?zhèn)戎С兴龅谝唤雍显?1)相對于探針插入位置的接合方向前側的第一前側支承輥(31a)；一用于從其下表面?zhèn)戎С兴龅诙雍显?2)相對于探針插入位置的接合方向前側的第二前側支承輥(31b)，所述第二前側支承輥(31b)是與所述第一前側支承輥(31a)分開的；和一用于改變包括所述第一前側支承輥(31a)和第二前側支承輥(31b)的輥子中的至少一個輥子的軸線(S1，S2)在一個平行于所述接合元件的下表面的平面內相對于所述接合元件的貼靠方向(N)的傾斜角(γ1，γ2)的傾斜角改變裝置(65a，65b)。
38.根據(jù)權利要求27至29中任一項所述的摩擦攪動接合裝置，還包括一用于從其下表面?zhèn)戎С兴龅谝唤雍显?1)相對于探針插入位置的接合方向后側的第一后側支承輥(32a)；一用于從其下表面?zhèn)戎С兴龅诙雍显?2)相對于探針插入位置的接合方向前側的第二后側支承輥(32b)，所述第二后側支承輥(31b)是與所述第一后側支承輥(32a)分開的。
39.根據(jù)權利要求27至29中任一項所述的摩擦攪動接合裝置，還包括一用于將沿一平行于接合方向(WD)的張力作用于所述第一接合元件(1)和第二接合元件(2)中的至少一個的張力裝置。
40.根據(jù)權利要求27至29中任一項所述的摩擦攪動接合裝置，還包括一用于加熱所述貼靠部分(3)的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面的加熱裝置(91，92，93)。
41.根據(jù)權利要求27至29中任一項所述的摩擦攪動接合裝置，其特征在于，還包括一具有一旋轉輔助探針(47)的輔助接合工具(45)，當所述貼靠部分(3)被接合或正被接合以接合在所述接合元件(1，2)的接合的貼靠部分(3’)處產(chǎn)生的底部剩余部分(R)時，所述旋轉輔助探針(47)插入所述貼靠部分(3)或接合的貼靠部分(3’)。
42.一種摩擦攪動接合裝置(80)，用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠的第一接合元件(1)和第二接合元件(2)，所述裝置包括一用于加熱所述貼靠部分(3)的探針插入位置的下表面或所述探針插入位置的接合方向前側的下表面的加熱裝置(91，92，93)。
43.一種摩擦攪動接合裝置(80)，用于通過使第一和第二接合元件(1，2)相對于從其上表面?zhèn)炔迦氲剿龅谝缓偷诙雍显?1，2)的貼靠部分(3)的一接合工具(40)的旋轉探針(42)移動以使得所述探針(42)沿所述貼靠部分(3)前進而接合彼此貼靠并且上和下表面彼此平齊的第一接合元件(1)和第二接合元件(2)，所述裝置包括一具有一旋轉輔助探針(47)的輔助接合工具(45)，其中，當所述貼靠部分(3)被接合或正被接合以接合在所述接合元件(1，2)的接合的貼靠部分(3’)處產(chǎn)生的底部剩余部分(R)時，所述旋轉輔助探針(47)插入所述貼靠部分(3)或接合的貼靠部分(3’)。
全文摘要
在根據(jù)本發(fā)明的摩擦攪動接合方法中，厚度不同的兩個板狀接合元件，或一第一接合元件(1)和一第二接合元件(2)，以一形成在其上表面?zhèn)鹊母叨炔畋舜速N靠。將一個接合工具(40)的旋轉探針(42)從第一接合元件(1)和第二接合元件(2)的上表面?zhèn)炔迦胨鲈馁N靠部分(3)中。第一接合元件(1)和第二接合元件(2)相對于探針插入位置的接合方向前側分別由一第一前壓輥(11)和一第二前壓輥(11)從其上表面?zhèn)仁?。此外，第一接合元?1)和第二接合元件(2)相對于從所述上表面?zhèn)炔迦氲奶结樀奈恢玫慕雍戏较蛳聜确謩e由一第一下部擠壓元件(21)和第二下部擠壓元件(22)施壓，從其上表面?zhèn)取Ｔ谠摖顟B(tài)下，貼靠部分(3)由該摩擦攪動接合方法接合。
文檔編號B23K20/12GK1503711SQ0280834
公開日2004年6月9日 申請日期2002年3月7日 優(yōu)先權日2001年3月7日
發(fā)明者成田正幸, 浜靖之, 秋山浩, 橋本武典, 成愿茂利, 長野喜隆, 典, 利, 隆 申請人:昭和電工株式會社