CN112770863B - 摩擦搅拌接合装置、其运转方法以及接头构造 - Google Patents

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Abstract

本发明的摩擦搅拌接合装置具备：工具(10)；旋转驱动器(8)；直动驱动器(7)；以及控制装置(110)，控制装置(110)构成为执行：步骤A，配置为第1部件(W1)与工具(10)对置，并且成为第1部件(W1)、第2部件(W2)以及第3部件(W3)的顺序；步骤B，控制直动驱动器(7)和旋转驱动器(8)，以在旋转工具(10)的状态下使工具(10)的末端部挤压被接合物(W)的被接合部(Wa)；步骤C，控制直动驱动器(7)和旋转驱动器(8)来使工具(10)的末端部到达第1位置以使得软化的第3部件(W3)向比第2部件(W2)的上表面靠上方的位置延伸；以及步骤D，控制直动驱动器(7)和旋转驱动器(8)，以在旋转工具(10)的状态下从被接合部(Wa)拔出该工具。

Description

摩擦搅拌接合装置、其运转方法以及接头构造
技术领域
本发明涉及摩擦搅拌接合装置、其运转方法以及接头构造。
背景技术
公知有制造包括钢制板部件和比重比其轻的轻金属制板材在内的车身的方法(例如，参照专利文献1)。在专利文献1所公开的车身的制造方法中，包括：第1接合工序，将轻金属制板材与钢制板材重叠，通过从轻金属制板材侧进行挤压的旋转工具的摩擦热使轻金属制板材局部性地软化和塑性流动，由此将轻金属制板材与钢制板材接合；和第2接合工序，将在上述第1接合工序中所接合的轻金属制板材及钢制板材、和两片以上的钢制板材重叠，并通过电阻点焊将其多个部位进行接合。
专利文献1：日本特开2009-202828号公报
发明内容
本发明人想到了与上述专利文献1所公开的车身的制造方法不同的、能够将3个部件接合的摩擦搅拌接合装置及其运转方法。本发明的目的在于提供一种具备新的结构的摩擦搅拌接合装置及其运转方法。另外，本发明的目的在于提供一种结构与通过上述专利文献1所公开的车身的制造方法接合的被接合物(车身)不同的接头构造。
为了解决上述以往的课题，本发明所涉及的摩擦搅拌接合装置是对具有第1部件、第2部件以及第3部件的被接合物进行接合的摩擦搅拌接合装置，上述摩擦搅拌接合装置具备：工具，形成为圆柱状，并构成为能够进行绕着轴线的旋转、和向沿着该轴线的方向的进退移动；旋转驱动器，使上述工具绕着上述轴线旋转；直动驱动器，使上述工具沿着上述轴线进退移动；以及控制装置，上述第2部件和上述第3部件构成为熔点高于上述第1部件，上述第3部件构成为硬度高于上述第2部件，上述控制装置构成为执行：步骤A，将上述被接合物配置为，上述第1部件与上述工具对置，并且成为上述第1部件、上述第2部件以及上述第3部件的顺序；步骤B，控制上述直动驱动器和上述旋转驱动器，以在旋转上述工具的状态下，使上述工具的末端部挤压上述被接合物的被接合部；步骤C，控制上述直动驱动器和上述旋转驱动器，来使上述工具的末端部到达预先设定好的规定的第1位置，以使得软化的上述第3部件向比上述第2部件的上表面靠上方的位置延伸；以及步骤D，控制上述直动驱动器和上述旋转驱动器，以在旋转上述工具的状态下从上述被接合部拔出上述工具。
由此，能够将由3个部件构成的被接合物充分地接合。
另外，本发明所涉及的摩擦搅拌接合装置的运转方法是对具有第1部件、第2部件以及第3部件的被接合物进行接合的摩擦搅拌接合装置的运转方法，上述摩擦搅拌接合装置具备：工具，形成为圆柱状，并构成为能够进行绕着轴线的旋转、和向沿着该轴线的方向的进退移动；旋转驱动器，使上述工具绕着上述轴线旋转；以及直动驱动器，使上述工具沿着上述轴线进退移动，上述第2部件和上述第3部件构成为熔点高于上述第1部件，上述第3部件构成为硬度高于上述第2部件，上述摩擦搅拌接合装置的运转方法具备：步骤A，将上述被接合物配置为，上述第1部件与上述工具对置，并且成为上述第1部件、上述第2部件以及上述第3部件的顺序；步骤B，使上述直动驱动器和上述旋转驱动器进行动作，以在旋转上述工具的状态下，使上述工具的末端部挤压上述被接合物的被接合部；步骤C，使上述直动驱动器和上述旋转驱动器进行动作，来使上述工具的末端部到达预先设定好的规定的第1位置，以使得软化的上述第3部件向比上述第2部件的上表面靠上方的位置延伸；以及步骤D，使上述直动驱动器和上述旋转驱动器进行动作，以在旋转上述工具的状态下从上述被接合部拔出上述工具。
由此，能够将由3个部件构成的被接合物充分地接合。
并且，本发明所涉及的接头构造是通过在被接合部对具有第1部件、第2部件以及第3部件的被接合物进行接合而形成的接头构造，上述第2部件和上述第3部件构成为熔点高于上述第1部件，上述第3部件构成为材料硬度高于上述第1部件和上述第2部件，上述第1部件、上述第2部件以及上述第3部件配置成为该顺序，上述被接合部形成为由来于上述第3部件的材料向比上述第2部件的上表面靠上方的位置延伸。
在本发明所涉及的接头构造中，形成由来于第3部件的材料向比第2部件的上表面靠上方的位置延伸的锚定部分。而且，通过锚定部分，能够获得相对于拉伸剪切的强度变高，相对地剥离强度也变高之类的锚定效果。因此，能够将由3个部件构成的被接合物充分地接合，从而能够提供稳固的接头构造。
在参照附图的基础上，根据以下优选的实施方式的详细的说明，本发明的上述目的、其他的目的、特征以及优点得以明确。
根据本发明所涉及的摩擦搅拌接合装置及其运转方法，能够将由3个部件构成的被接合物充分地接合。另外，根据本发明所涉及的接头构造，通过将由3个部件构成的被接合物充分地接合，能够提供稳固的接头构造。
附图说明
图1是表示本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置的简要结构的示意图。
图2是表示本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置的动作的一个例子的流程图。
图3是表示本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置的主要部位的示意图，并且表示通过工具执行了摩擦搅拌接合的状态。
图4是表示本实施方式2所涉及的摩擦搅拌接合装置中的工具的末端部的简要结构的示意图。
图5是表示通过摩擦搅拌接合装置将被接合物接合的状态的示意图。
图6是表示通过本实施方式1或者2所涉及的摩擦搅拌接合装置对被接合物W进行摩擦搅拌接合的条件的表。
图7是表示在图6所示的试验例1的条件下对被接合物进行摩擦搅拌接合的结果的照片。
图8是表示在图6所示的试验例2的条件下对被接合物进行摩擦搅拌接合的结果的照片。
图9是表示在图6所示的试验例3的条件下对被接合物进行摩擦搅拌接合的结果的照片。
图10是表示在图6所示的试验例4的条件下对被接合物进行摩擦搅拌接合的结果的照片。
图11是表示在图6所示的试验例5的条件下对被接合物进行摩擦搅拌接合的结果的照片。
图12是表示在图6所示的试验例6的条件下对被接合物进行摩擦搅拌接合的结果的照片。
图13是表示在图6所示的试验例7的条件下对被接合物进行摩擦搅拌接合的结果的照片。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。此外，以下，在所有的附图中，对相同或者相当的要素标注相同的附图标记，并省略其重复的说明。另外，在所有的附图中，提取并图示了对本发明进行说明所需的结构元件，对于其他的结构元件，存在省略图示的情况。并且，本发明并不限定于以下的实施方式。
(实施方式1)
本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置是对具有第1部件、第2部件以及第3部件的被接合物进行接合的摩擦搅拌接合装置，摩擦搅拌接合装置具备：工具，形成为圆柱状，并构成为能够进行绕着轴线的旋转、和向沿着该轴线的方向的进退移动；旋转驱动器，使工具绕着轴线旋转；直动驱动器，使工具沿着轴线进退移动；以及控制装置，第2部件和第3部件构成为熔点高于第1部件，第3部件构成为硬度高于第2部件，控制装置构成为执行：步骤A，将被接合物配置为，第1部件与工具对置，并且成为第1部件、第2部件以及第3部件的顺序；步骤B，控制直动驱动器和旋转驱动器，以在旋转工具的状态下使工具的末端部挤压被接合物的被接合部；步骤C，控制直动驱动器和旋转驱动器，来使工具的末端部到达预先设定好的规定的第1位置，以使得软化的第3部件向比第2部件的上表面靠上方的位置延伸；以及步骤D，控制直动驱动器和旋转驱动器，以在旋转工具的状态下从被接合部拔出该工具。
另外，在本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置中，控制装置也可以构成为：在步骤C中控制直动驱动器和旋转驱动器，以使得工具的末端部在预先设定好的规定的第1时间以内到达第1位置。
以下，参照图1～图3对本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置的一个例子详细地进行说明。
[摩擦搅拌接合装置的结构]
图1是表示本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置的简要结构的示意图。
如图1所示，本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101构成为：具备工具10、基体2、可动体3、工具保持体4、直动驱动器7、旋转驱动器8、位置检测器11以及控制装置110，通过摩擦热使具有第1部件W1、第2部件W2以及第3部件W3的被接合物W的被接合部Wa软化来塑性流动，由此进行接合。
对于被接合物W而言，第2部件W2和第3部件W3构成为熔点高于第1部件W1，第3部件W3构成为硬度高于第2部件W2。第1部件W1、第2部件W2以及第3部件W3在本实施方式1中形成为板状。
第1部件W1可以由金属材料(例如，铝或者镁)、或者纤维强化塑料(例如，碳纤维强化塑料)构成。另外，第2部件W2例如由金属材料构成，可以由钢(软钢)或者铝构成。并且，第3部件W3由金属材料构成，可以由钢(软钢或者高张力钢)构成。另外，对于被接合物W而言，也可以构成为：第1部件W1由镁或者纤维强化塑料构成，第2部件W2由铝构成，第3部件W3由钢(软钢或者高张力钢)构成。
此外，在本实施方式1中，采用了由板状的第1部件W1、第2部件W2以及第3部件W3构成被接合物W的方式，但并不局限于此，被接合物W(第1部件W1、第2部件W2以及第3部件W3)的形状是任意的，例如可以是长方体状，也可以形成为圆弧状。
基体2能够装卸地安装于机器人9的末端部。此外，作为机器人9，能够采用水平多关节型、垂直多关节型等的机器人。另外，在本实施方式1中，基体2采用了安装于机器人9的方式，但并不局限于此，也可以采用固定于适当的场所的方式。
在基体2，能够在工具保持体4的轴线X方向移动地安装有可动体3。在可动体3的末端部设置有工具保持体4。
工具保持体4构成为能够绕着其轴线X旋转，并且能够与可动体3成为一体并在轴线X的方向上移动。在工具保持体4的末端部能够装卸地设置有工具10。此外，对于工具10的装卸(更换)既可以由作业人员执行，也可以由与机器人9不同的机器人执行。
另外，在基体2的内部配置有直动驱动器7。直动驱动器7构成为使可动体3(工具10)在轴线X方向上直线移动。作为直动驱动器7，例如可以使用电动马达(伺服马达)和滚柱丝杠或者直线导轨等，也可以使用缸体等。
在可动体3的内部配置有旋转驱动器8。旋转驱动器8构成为使工具保持体4、工具10绕着轴线X旋转。作为旋转驱动器8，例如可以使用电动马达(伺服马达)。
并且，在基体2固定有形成为大致C字状(大致L字状)的弯曲框架5。弯曲框架5形成为其末端部与工具10对置。另外，在弯曲框架5的末端部设置有支承台6。支承台6构成为支承被接合物W。即，在本实施方式1中，基体2、可动体3、工具保持体4、弯曲框架5以及支承台6由C型枪(C型框架)构成。
控制装置110具备微处理器、CPU等运算器110a、和ROM、RAM等存储器(存储装置)110b。在存储器110b存储有基本程序、各种固定数据等信息。运算器110a通过读出并执行在存储器110b存储的基本程序等软件，从而控制摩擦搅拌接合装置101和机器人9的各种动作。
另外，存储器110b由公知的存储器、硬盘等构成。存储器110b不需要是单一的，也可以构成为多个存储装置(例如，随机存储器和硬盘驱动器)。
此外，控制装置110既可以由进行集中控制的单独的控制装置110构成，也可以由相互配合来进行分散控制的多个控制装置110构成。另外，控制装置110既可以由微型计算机构成，也可以由MPU、PLC(Programmable Logic Controller：可编辑逻辑控制器)、逻辑电路等构成。
[摩擦搅拌接合装置的动作(摩擦搅拌接合装置的运转方法)及其作用效果]
接下来，参照图1～图3对本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101的动作(运转方法)进行说明。此外，以下的动作是通过控制装置110的运算器110a读出在存储器110b储存的程序来执行。
图2是表示本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置的动作的一个例子的流程图。图3是表示本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置的主要部位的示意图，表示通过工具执行了摩擦搅拌接合的状态。
首先，作业人员操作输入器(未图示)来向控制装置110输入表示进行被接合物W的接合执行这一情况的指示信息。
这样，如图2所示，控制装置110使与机器人9不同的机器人搬运第1部件W1、第2部件W2以及第3部件W3，并将它们载置(配置)于摩擦搅拌接合装置101的支承台6，使得第1部件W1与工具10对置，并且成为第1部件W1、第2部件W2以及第3部件W3的顺序(步骤S101)。此外，也可以由作业人员将第1部件W1、第2部件W2以及第3部件W3配置于摩擦搅拌接合装置101。
接下来，控制装置110驱动旋转驱动器8，使工具10以规定的转速(旋转速度：例如500～3000rpm)旋转(步骤S102)。接着，控制装置110在使工具10旋转的状态下驱动直动驱动器7，使工具10前进来将工具10的末端抵接于被接合物W的被接合部Wa(步骤S103)。
其中，被接合物W的被接合部Wa是指将被接合物W接合的部分，是指通过工具10的旋转和挤压而软化第1部件W1～第3部件W3的区域。
接下来，控制装置110驱动直动驱动器7，以使得工具10的末端部在预先设定好的规定的第1时间以内移动至预先设定好的规定的第1位置(步骤S104)。此时，控制装置110控制直动驱动器7，以使得工具10以预先设定好的规定的按压力(例如，4kN～70kN)挤压被接合物W。
其中，规定的转速、规定的按压力、第1位置以及第1时间，能够通过预先实验等来适当地设定，并作为第1数据110c存储于存储器110b。第1数据110c也可以基于后述的试验例1～7的结果而制成。
另外，由位置检测器11检测工具10的末端部的位置信息，并将其向控制装置110输出。作为位置检测器11，例如可以是设置于直动驱动器7的编码器，也可以是检测工具10的移动量的检测器。
这里，第1位置是指：在将第3部件W3的与第2部件W2抵接的面设为0％并将第3部件W3的与衬垫部件6抵接的面设为100％的情况下，在大于0％并且不足100％之间任意设定的位置。
此外，从提高接合强度的观点出发，第1位置接近第3部件W3的与衬垫部件6抵接的面为好，可以是25％以上，可以是50％以上，可以是75％以上，可以是80％以上，可以是90％以上，也可以是95％以上。
另外，从形成后述的锚定部分Ap的观点出发，第1时间可以是10秒以内，可以是7秒以内，也可以是5秒以内。
由此，工具10与被接合物W的被接合部Wa抵接，通过工具10的末端部与被接合部Wa的摩擦，产生摩擦热，将被接合物W的被接合部Wa软化来产生塑性流动。
而且，如图3所示，通过将工具10的末端部压入于被接合部Wa的内部，从而作为第3部件W3的软化部分的第2软化部分42延伸至比第2部件W2的上表面靠上方的位置，并进入(刺入)于作为第1部件W1的软化部分的第1软化部分41。此外，在本说明书中，将第2软化部分42中的、从第2部件W2的下表面延伸至比第2部件W2的上表面靠上方的位置的部分称为锚定部分Ap。
接下来，控制装置110基于位置检测器11所检测到的工具10的末端部的位置信息，来判定工具10的末端部是否到达至第1位置(步骤S105)。在判定为工具10的末端部未到达至第1位置的情况下(在步骤S105中为否)，控制装置110直到工具10的末端部到达至第1位置为止执行步骤S104～步骤S105的各处理。另一方面，在判定为工具10的末端部到达至第1位置的情况下(在步骤S105中为是)，控制装置110执行步骤S106的处理。
在步骤S106中，控制装置110在旋转工具10的状态下驱动直动驱动器7，以将工具10的末端部从被接合部Wa拔出。然后，若工具10的末端部从被接合部Wa被拔出，则控制装置110以停止工具10的旋转的方式使旋转驱动器8停止，而结束本程序。此外，在将多个被接合部Wa进行接合的情况下，控制装置110也可以构成为不停止工具10的旋转而开始下一个被接合部Wa的接合。
在这样构成的本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101中，通过第3部件W3的第2软化部分42延伸至比第2部件W2的上表面靠上方的位置，能够将由3个部件构成的被接合物充分地接合。另外，通过形成锚定部分Ap，从而获得相对于拉伸剪切的强度变高，相对地剥离强度也高之类的锚定效果。
另外，通过本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101形成的被接合物W的被接合部Wa是本实施方式1所涉及的接头构造的一个例子。
此外，在本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101中，控制装置110采用了以若工具10的末端部到达至第1位置则将工具10的末端部从被接合部Wa拔出的方式控制直动驱动器7的方式，但并不限定于此。
例如，控制装置110可以以若工具10的末端部到达至第1位置则将工具10在水平方向上移动的方式、或者以工具10的轴线X倾斜的方式使机器人9动作，也可以以使工具10的旋转速度增加的方式控制旋转驱动器8。由此，能够增加第3部件W3的软化部分，从而能够增加锚定部分Ap的体积。因此，能够获得更高的锚定效果。
另外，如上述那样，本实施方式1所涉及的接头构造采用了通过本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101形成的方式，但并不限定于此。对于本实施方式1所涉及的接头构造而言，第2部件W2和第3部件W3构成为熔点高于第1部件W1，第3部件W3构成为材料硬度高于第1部件W1和第2部件W2，第1部件W1、第2部件W2以及第3部件W3配置成为该顺序，被接合部Wa形成为由来于第3部件W3的材料延伸至比第2部件W2的上表面靠上方的位置即可。因此，本实施方式1所涉及的接头构造可以通过除本实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101以外的摩擦搅拌接合装置形成，也可以通过其他的设备形成。
并且，本实施方式1所涉及的接头构造也可以形成为：被接合部Wa由软化后固化的第1部件W1、软化后固化的第2部件W2以及软化后固化的第3部件W3构成，软化后固化的第3部件W3(由来于第3部件W3的材料)延伸至比第2部件W2的上表面靠上方的位置。
(实施方式2)
对于本实施方式2所涉及的摩擦搅拌接合装置而言，在实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置中，工具的末端部具有第1末端部、和位于比第1末端部靠基端侧的位置的第2末端部，第1末端部和第2末端部分别形成为圆锥台状，第1末端部形成为其末端面的面积小于第2末端部的末端面的面积。
以下，参照图4对本实施方式2所涉及的摩擦搅拌接合装置的一个例子详细地进行说明。
[摩擦搅拌接合装置的结构]
图4是表示本实施方式2所涉及的摩擦搅拌接合装置中的工具的末端部的简要结构的示意图。
如图4所示，对于本实施方式2所涉及的摩擦搅拌接合装置101而言，基本的结构与实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101相同，但工具10的末端部的结构不同。
具体而言，工具10的末端部具有第1末端部10a、和位于比第1末端部10a靠基端侧的位置的第2末端部10b。第1末端部10a和第2末端部10b分别形成为圆锥台状。
另外，形成为第1末端部10a的末端面10c的面积小于第2末端部10b的末端面10d的面积。此外，第2末端部10b的末端面10d是第1末端部10a与第2末端部10b的边界上的面。
另外，从进一步增加工具10的穿孔效率的观点出发，第1末端部10a的末端面10c的面积也可以小。并且，在末端面10c的面积小的情况下，从通过第2末端部10b搅拌被接合物W的被接合部Wa的观点出发，第1末端部10a的高度h(末端面10c与末端面10d之间的长度(距离))也可以小。由此，能够增大压入于被接合物W的体积，从而能够增大锚定部分Ap。因此，能够增大被接合物W的被接合部Wa的接合强度。
即使是这样构成的本实施方式2所涉及的摩擦搅拌接合装置101，也起到与实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101相同的作用效果。此外，通过本实施方式2所涉及的摩擦搅拌接合装置101形成的被接合物W的被接合部Wa成为本实施方式2所涉及的接头构造的一个例子。
另外，在本实施方式2所涉及的摩擦搅拌接合装置101中，形成为：工具10的末端部具有第1末端部10a和第2末端部10b，并且第1末端部10a的末端面10c的面积小于第2末端部10b的末端面10d的面积。
由此，在本实施方式2所涉及的摩擦搅拌接合装置101中，与实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101相比，能够增加工具10的穿孔效率。因此，能够使工具10的末端在更短的时间内到达至第1位置，从而能够更容易形成锚定部分Ap。
＜试验例＞
接下来，在本实施方式1或者2所涉及的摩擦搅拌接合装置101中，对在各种条件下将被接合物W摩擦搅拌接合的情况的试验例进行说明。
然而，在本发明中，需要使图3所示的锚定部分Ap的高度尺寸大于第2部件W2的高度尺寸。这里，使用图5所示的示意图来对锚定部分Ap的高度尺寸与第2部件W2的高度尺寸等的关系进行说明。
图5是表示通过摩擦搅拌接合装置将被接合物接合的状态的示意图。
如图5所示，将压入至第3部件W3的工具10的末端部的体积设为V，将工具10的末端部中的与第3部件W3的上表面水平的部分的半径设为r1，将锚定部分Ap中的与第3部件W3的上表面水平的部分的长度(宽度)设为r2。另外，将第1部件W1的厚度(高度)设为t1，将第2部件W2的厚度(高度)设为t2，并将第3部件W3的厚度(高度)设为t3。
而且，如图5所示，假定为将锚定部分Ap形成为筒状(圆筒状)，并假定为压入至第3部件W3的工具10的末端部的体积、与锚定部分Ap的体积相等。这样，对于锚定部分Ap的高度ha而言，(1)所示的关系式成立。
ha＝V/π{(r1+r2)2－r12}＞t2 (1)
这里，在(1)中，能够根据由操作人员等预先设定的第1位置来计算出压入于第3部件W3的工具10的末端部的体积V。另外，若计算出体积V，则也能够计算出工具10的末端部中的与第3部件W3的上表面水平的部分的半径r1。
因此，在(1)中，通过调整长度r2，能够使锚定部分Ap的高度ha大于第2部件W2的高度t2。为此，本发明人示出了：在各种条件下对被接合物W进行摩擦搅拌接合，能够通过预先实验来设定锚定部分Ap中的与第3部件W3的上表面水平的部分的长度r2。以下，对具体的条件进行说明。
此外，在以下的试验例中，摩擦搅拌接合装置101具备检测被接合部W的温度的温度检测器。另外，在以下的试验例中，作为第1部件W1，使用厚度1.2mm的铝合金板(A5052)，作为第2部件W2，使用厚度0.7mm的镀锌钢板(原板为270MPa级的钢板)，作为第3部件W3，使用厚度1.2mm的980MPa级的钢板。
图6是表示通过本实施方式1或者2所涉及的摩擦搅拌接合装置对被接合物W进行摩擦搅拌接合的条件的表。另外，图7～图13是表示在图6所示的试验例1～7的条件下对被接合物进行摩擦搅拌接合的结果的照片。
此外，在图6中，将工具10的末端的形状是实施方式1所涉及的摩擦搅拌接合装置101的结构的情况表示为实施方式1，将工具10的末端的形状是实施方式2所涉及的摩擦搅拌接合装置101的结构的情况表示为实施方式2。对于第1位置，用距被接合物W的第1部件W1的上表面的距离(mm)来表示。
另外，在图6中，接合时间表示从工具10的末端与被接合物W(准确来说是第1部件W1的上表面)抵接起到到达第1位置时所花费的时间。并且，压入温度表示在工具10的末端到达第3部件W3的上表面并压入于第3部件W3内时温度检测器检测到的被接合部Wa的温度。
如图6～图13所示，给出了如下启示：若工具10的末端实际到达至第1位置为止所花费的时间即接合时间长，则无法形成锚定部分Ap(参照试验例2、5)。根据这些结果可知，使工具10的末端到达至第1位置的时间即第1时间可以设定为11秒以内，可以设定为6秒以内，也可以设定为5秒以内。
另外，还给出了若被接合部Wa的压入温度变高，则无法形成锚定部分Ap的启示(参照试验例2、5)。本发明人根据这些结果推测为：若被接合部Wa的压入温度变高，则向被接合部Wa的热输入量变大，第1部件W1、第2部件W2以及第3部件W3的软化的部分在水平方向延展，第3部件W3的软化的部分的高度变小，从而不能形成锚定部分Ap。
并且，试验例1～2的结果和试验例3～7的结果，给出如下启示：若工具10的旋转速度变大则存在被接合部Wa的压入温度变高的趋势，若工具10的加压力(工具10的末端部挤压被接合部Wa的压力)变大，则接合时间变短(工具10的压入速度变大)。
因此，上述试验例1～7所示的结果，给出了如下启示：通过根据温度检测器检测出的被接合部Wa的温度预先设定工具10的旋转速度(转速)和按压力(加压力)，能够形成锚定部分Ap。
另外，上述试验例1～7所示的结果，还给出了如下启示：即使变更构成被接合物W的第1部件W1～第3部件W3的材质、板厚，也能够通过预先实验适当地设定能够形成锚定部分Ap的第1位置、第1时间、工具10的转速以及按压力。
特别是给出了如下启示：在被接合部Wa的温度高的情况下，减小工具10的旋转速度，在接合时间长的情况下，增大工具10的按压力(加压力)，由此能够形成锚定部分Ap。
此外，在上述实施方式1和2所涉及的摩擦搅拌接合装置101中，采用了通过预先实验适当地设定第1位置、第1时间、工具10的转速以及按压力的方式，但并不限定于此。也可以采用设定第1位置和第1时间，并且控制装置110基于温度检测器检测到的被接合部Wa的温度信息来反馈控制直动驱动器7和旋转驱动器8的方式。
根据上述说明，对于本领域技术人员而言，可以明确本发明的许多改进或者其他的实施方式。因此，上述说明应仅作为例示来解释，并且是以向本领域技术人员教导执行本发明的最优的形态的目的而提供的。只要不脱离本发明，就能够实质上变更其构造和/或功能的详细内容。
工业实用性
本发明的摩擦搅拌接合装置及其运转方法能够将由第1部件、第2部件以及第3部件构成的被接合物充分地接合，因此是有用的。另外，本发明所涉及的接头构造通过将由3个部件构成的被接合物充分地接合，能够提供稳固的接头构造，因此是有用的。
附图标记说明
2…基体；3…可动体；4…工具保持体；5…弯曲框架；6…支承台；7…直动驱动器；8…旋转驱动器；9…机器人；10…工具；10a…第1末端部；10b…第2末端部；10c…末端面；10d…末端面；41…第1软化部分；42…第2软化部分；101…摩擦搅拌接合装置；110…控制装置；110a…运算器；110b…存储器；110c…第1数据；Ap…锚定部分；h…高度；ha…高度；r1…长度；r2…长度；t1…高度；t2…高度；t3…高度；W…被接合物；W1…第1部件；W2…第2部件；W3…第3部件；Wa…被接合部；X…轴线。

Claims (11)

1.一种摩擦搅拌接合装置，对具有第1部件、第2部件以及第3部件的被接合物进行接合，其中，
所述摩擦搅拌接合装置具备：
工具，形成为圆柱状，并构成为能够进行绕着轴线的旋转、和向沿着该轴线的方向的进退移动；
旋转驱动器，使所述工具绕着所述轴线旋转；
直动驱动器，使所述工具沿着所述轴线进退移动；以及
控制装置，
所述第2部件和所述第3部件构成为熔点高于所述第1部件，
所述第3部件构成为硬度高于所述第2部件，
所述控制装置构成为执行：
步骤A，将所述被接合物配置为，所述第1部件与所述工具对置，并且成为所述第1部件、所述第2部件以及所述第3部件的顺序；
步骤B，控制所述直动驱动器和所述旋转驱动器，以在旋转所述工具的状态下，使所述工具的末端部挤压所述被接合物的被接合部；
步骤C，控制所述直动驱动器和所述旋转驱动器，来使所述工具的末端部到达预先设定好的规定的第1位置，以使得软化的所述第3部件向比所述第2部件的上表面靠上方的位置延伸并进入所述第1部件的软化部分；以及
步骤D，控制所述直动驱动器和所述旋转驱动器，以在旋转所述工具的状态下从所述被接合部拔出所述工具。
2.根据权利要求1所述的摩擦搅拌接合装置，其中，
所述工具的末端部具有第1末端部、和位于比所述第1末端部靠基端侧的位置的第2末端部，
所述第1末端部和所述第2末端部分别形成为圆锥台状，
所述第1末端部形成为其末端面的面积小于所述第2末端部的末端面的面积。
3.根据权利要求1或2所述的摩擦搅拌接合装置，其中，
所述控制装置构成为：在所述步骤C中，控制所述直动驱动器和所述旋转驱动器，以使得所述工具的末端部在预先设定好的规定的第1时间以内到达所述第1位置。
4.根据权利要求3所述的摩擦搅拌接合装置，其中，
还具备检测所述被接合部的温度的温度检测器，
所述控制装置构成为：在所述步骤C中，基于所述温度检测器所检测到的温度，控制所述直动驱动器和所述旋转驱动器，以使得所述工具的末端部在所述第1时间以内到达所述第1位置。
5.根据权利要求4所述的摩擦搅拌接合装置，其中，
还具备存储有表示所述被接合部的温度、与所述工具的按压力及转速的相关关系的第1数据的存储装置，
所述控制装置构成为：在所述步骤C中，基于存储于所述存储装置的第1数据，控制所述直动驱动器和所述旋转驱动器。
6.一种摩擦搅拌接合装置的运转方法，是对具有第1部件、第2部件以及第3部件的被接合物进行接合的摩擦搅拌接合装置的运转方法，其中，
所述摩擦搅拌接合装置具备：
工具，形成为圆柱状，并构成为能够进行绕着轴线的旋转、和向沿着该轴线的方向的进退移动；
旋转驱动器，使所述工具绕着所述轴线旋转；以及
直动驱动器，使所述工具沿着所述轴线进退移动，
所述第2部件和所述第3部件构成为熔点高于所述第1部件，
所述第3部件构成为硬度高于所述第2部件，
所述摩擦搅拌接合装置的运转方法具备：
步骤A，将所述被接合物配置为，所述第1部件与所述工具对置，并且成为所述第1部件、所述第2部件以及所述第3部件的顺序；
步骤B，使所述直动驱动器和所述旋转驱动器进行动作，以在旋转所述工具的状态下，使所述工具的末端部挤压所述被接合物的被接合部；
步骤C，使所述直动驱动器和所述旋转驱动器进行动作，来使所述工具的末端部到达预先设定好的规定的第1位置，以使得软化的所述第3部件向比所述第2部件的上表面靠上方的位置延伸并进入所述第1部件的软化部分；以及
步骤D，使所述直动驱动器和所述旋转驱动器进行动作，以在旋转所述工具的状态下从所述被接合部拔出所述工具。
7.根据权利要求6所述的摩擦搅拌接合装置的运转方法，其中，
所述工具的末端部具有第1末端部、和位于比所述第1末端部靠基端侧的位置的第2末端部，
所述第1末端部和所述第2末端部分别形成为圆锥台状，
所述第1末端部形成为其末端面的面积小于所述第2末端部的末端面的面积。
8.根据权利要求6或7所述的摩擦搅拌接合装置的运转方法，其中，
在所述步骤C中，使所述直动驱动器和所述旋转驱动器进行动作，以使得所述工具的末端部在预先设定好的规定的第1时间以内到达所述第1位置。
9.根据权利要求8所述的摩擦搅拌接合装置的运转方法，其中，
还具备检测所述被接合部的温度的温度检测器，
在所述步骤C中，基于所述温度检测器所检测到的温度，使所述直动驱动器和所述旋转驱动器进行动作，以使得所述工具的末端部在所述第1时间以内到达所述第1位置。
10.根据权利要求9所述的摩擦搅拌接合装置的运转方法，其中，
还具备存储有表示所述被接合部的温度、与所述工具的按压力及转速的相关关系的第1数据的存储装置，
在所述步骤C中，基于存储于所述存储装置的第1数据，使所述直动驱动器和所述旋转驱动器进行动作。
11.一种接头构造，通过在被接合部接合具有第1部件、第2部件以及第3部件的被接合物而形成，其中，
所述第2部件和所述第3部件构成为熔点高于所述第1部件，
所述第3部件构成为材料硬度高于所述第1部件和所述第2部件，
所述第1部件、所述第2部件以及所述第3部件被配置为所述第1部件、所述第2部件以及所述第3部件的顺序，
所述被接合部形成为由来于所述第3部件的材料向比所述第2部件的上表面靠上方的位置延伸并进入所述第1部件的软化部分。
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