CN116367950A - 搅拌摩擦点焊装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

一种搅拌摩擦点焊装置具备针部件(11)、肩部件(12)、旋转驱动器(57)、进退驱动器(53)以及控制器(51)，当旋转状态下的肩部件(12)或旋转状态下的针部件(11)中的轴线方向的速度成为预先设定的规定的第一速度的状态下在经过了预先设定的规定的第一时间时，控制器(51)判断为肩部件(12)的前端或针部件(11)的前端到达了第二部件(62)与第一部件(61)的抵接面(62a)。

Description

搅拌摩擦点焊装置及其运行方法

技术领域

本说明书公开一种搅拌摩擦点焊装置及其运行方法。

背景技术

已知一种异种金属接合方法，其目的在于，与第一、第二金属材料的各板厚尺寸的偏差无关，能够以高质量接合第一金属材料和第二金属材料(例如，参照专利文献1)。

在专利文献1所公开的异种金属接合方法中，着眼于在用针部件在第二金属材料上形成贯通孔之后，当该针部件嵌入第一金属材料时，使针部件旋转或轴向移动的驱动源(电动机)的负荷会急剧增加。而且，当使针部件旋转或沿轴向移动的驱动源(电动机)的负荷急剧增加时，施加于该驱动源(电动机)的电流会急剧增加。

因此，在专利文献1所公开的异种金属接合方法中，在施加于这些驱动源的电流的变化量大于规定的阈值时，能够判断为针部件嵌入了第一金属材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2020-127954号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

但是，由于施加于驱动源的电流的变化量的增加是瞬间的，因此有可能难以判断，即使是专利文献1所公开的异种金属接合方法仍有改善的余地。

本申请人的意图在于提供一种搅拌摩擦点焊装置及其运行方法，其与上述专利文献1所公开的异种金属接合方法相比，能够更明确地判断肩部件的前端或针部件的前端到达第二部件与第一部件的抵接面。

用于解决问题的技术方案

为了解决上述问题，优选搅拌摩擦点焊装置为一种具有第一部件和第二部件，并通过利用摩擦热而使被接合物软化进行接合的搅拌摩擦点焊装置，其中，所述搅拌摩擦点焊装置具备：针部件，其形成为圆柱状；肩部件，其形成为圆筒状，并且被所述针部件插通到内部；旋转驱动器，其使所述针部件和所述肩部件围绕与所述针部件的轴心一致的轴线旋转；进退驱动器，其使所述针部件和所述肩部件分别沿所述轴线进退移动；以及控制器，所述第一部件被配置成与所述针部件和所述肩部件对置，且由熔点低于所述第二部件的材料构成。

所述控制器使所述旋转驱动器和所述进退驱动器动作，以使所述针部件和所述肩部件在旋转状态下按压所述被接合物的被接合部，并使所述旋转驱动器和所述进退驱动器动作，以使所述针部件和所述肩部件搅拌所述被接合物，当旋转状态的所述肩部件或旋转状态的所述针部件在所述轴线方向的速度成为预先设定的规定的第一速度的状态下经过了预先设定的规定的第一时间时，则判断为所述肩部件的前端或所述针部件的前端到达了所述第二部件与所述第一部件的抵接面。

由此，能够更明确地判断肩部件的前端或针部件的前端到达第二部件与第一部件的抵接面。

此外，搅拌摩擦点焊装置的运行方法为一种具有第一部件和第二部件，并通过利用摩擦热而使被接合物软化进行接合的摩擦点焊装置的运行方法，其中，所述搅拌摩擦点焊装置具备：针部件，其形成为圆柱状；肩部件，其形成为圆筒状，并且被所述针部件插通到内部；旋转驱动器，其使所述针部件和所述肩部件围绕与所述针部件的轴心一致的轴线旋转；进退驱动器，其使所述针部件和所述肩部件分别沿所述轴线进退移动；以及控制器，所述第一部件被配置成与所述针部件和所述肩部件对置，且由熔点低于所述第二部件的材料构成。

所述控制器使所述旋转驱动器和所述进退驱动器动作，以使所述针部件和所述肩部件在旋转状态下按压所述被接合物的被接合部，并使所述旋转驱动器和所述进退驱动器动作，以使所述针部件和所述肩部件搅拌所述被接合物，当旋转状态的所述肩部件或旋转状态的所述针部件在所述轴线方向的速度成为预先设定的规定的第一速度的状态下经过了预先设定的规定的第一时间时，则判断为所述肩部件的前端或所述针部件的前端到达了所述第二部件与所述第一部件的抵接面。

由此，能够更明确地判断肩部件的前端或针部件的前端到达第二部件与第一部件的抵接面。

优选搅拌摩擦点焊装置及其运行方法在参照附图的基础上，从以下的优选实施方式的详细说明中明确。

发明的效果

根据搅拌摩擦点焊装置及其运行方法，能够更明确地判断肩部件的前端或针部件的前端到达第二部件与第一部件的抵接面。

附图说明

图1为用于表示本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的概略结构的示意图。

图2为用于示意性地表示图1所示的搅拌摩擦点焊装置的控制结构的框图。

图3A为用于表示本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的动作一示例的流程图。

图3B为用于表示本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的动作一示例的流程图。

图4A为用于示意性地表示利用图1所示的搅拌摩擦点焊装置的搅拌摩擦点焊的各工序一示例的工序图。

图4B为用于示意性地表示利用图1所示的搅拌摩擦点焊装置的搅拌摩擦点焊的各工序一示例的工序图。

图5A为用于表示本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置的动作一示例的流程图。

图5B为用于表示本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置的动作一示例的流程图。

图6A为用于示意性地表示本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置的搅拌摩擦点焊的各工序一示例的工序图。

图6B为用于示意性地表示本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置的搅拌摩擦点焊的各工序一示例的工序图。

图7为绘制了使用试验例1的搅拌摩擦点焊装置而在接合条件1下搅拌摩擦点焊时的肩部件的前端位置相对于接合时间的曲线图。

图8为绘制了使用试验例1的搅拌摩擦点焊装置而在接合条件1下搅拌摩擦点焊时的肩部件的轴线方向的速度相对于接合时间的曲线图。

图9为绘制了使用试验例1的搅拌摩擦点焊装置而在接合条件1下搅拌摩擦点焊时的在旋转驱动器中流通的电流值相对于接合时间的曲线图。

图10为绘制了使用比较例1的搅拌摩擦点焊装置而在接合条件2下搅拌摩擦点焊时的在旋转驱动器中流通的电流值相对于接合时间的曲线图。

图11为利用本实施方式3所涉及的搅拌摩擦点焊装置的搅拌摩擦点焊的说明图。

图12A为本实施方式3所涉及的搅拌摩擦点焊装置的肩部件被压入被接合物的使用状态的说明图。

图12B为本实施方式3所涉及的搅拌摩擦点焊装置的肩部件比图12A更进一步被压入被接合物的使用状态的说明图。

图12C为本实施方式3所涉及的搅拌摩擦点焊装置的肩部件到达第二部件的抵接面的使用状态的说明图。

图13为绘制了在试验例2和3中搅拌摩擦点焊时的肩部件的前端位置相对于接合时间的曲线图。

图14为绘制了在试验例2、3及4中搅拌摩擦点焊时的肩部件的轴线方向的速度相对于接合时间的曲线图。

图15为绘制了在试验例5、6及7中搅拌摩擦点焊时的肩部件的前端位置相对于接合时间的曲线图。

具体实施方式

下面，参照附图说明优选的实施方式。此外，以下在所有的图中对相同或相当的组成部分标注相同的参照符号并省略其重复的说明。此外，在所有的附图中，为了说明实施方式而摘录图示了必要的结构组成部分，对于其他的结构组成部分有时会省略图示。此外，本说明书公开的范围不限于以下的实施方式。

(实施方式1)

本实施方式1所涉及的摩擦搅拌点焊装置为一种具有第一部件和第二部件，并通过利用摩擦热而使被接合物软化进行接合的摩擦搅拌点焊装置，其中，搅拌摩擦点焊装置具备：针部件，其形成为圆柱状；肩部件，其形成为圆筒状，并且被所述针部件插通到内部；旋转驱动器，其使针部件和肩部件围绕与针部件的轴心一致的轴线旋转；进退驱动器，其使针部件和肩部件分别沿轴线进退移动；以及控制器，第一部件被配置成与针部件和肩部件对置，且由熔点低于第二部件的材料构成。

控制器使旋转驱动器和进退驱动器动作，以使针部件和肩部件在旋转状态下按压被接合物的被接合部，并使旋转驱动器和进退驱动器动作，以使针部件和肩部件搅拌被接合物，当旋转状态的肩部件或旋转状态的针部件的轴线方向的速度在成为预先设定的规定的第一速度的状态下经过了预先设定的规定的第一时间时，则判断为肩部件的前端或针部件的前端到达了第二部件与所述第一部件的抵接面。

此外，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置中，当旋转状态的肩部件的轴线方向的速度在成为预先设定的规定的第一速度的状态下经过了预先设定的规定的第一时间时，控制器也可以判断为肩部件的前端到达了第二部件与第一部件的抵接面。

这里，成为预先设定的规定的第一速度的状态下的第一速度意味着速度的范围。换言之，成为该第一速度的状态是指肩部件的轴线方向的速度处于第一速度的速度范围内的状态。在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置中，第一速度可以为-0.5mm/秒以上+0.5mm/秒以下。

此外，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置中，第一时间也可以为0.01秒以上0.5秒以下。

此外，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置中，控制器在判断为肩部件的前端到达了第二部件与第一部件的抵接面之后，也可以使进退驱动器和旋转驱动器动作，以使肩部件的前端到达第二部件内的预先设定的规定的第一位置。

进而，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置中，第一位置也可以为距离第二部件与第一部件的抵接面0.3mm以下的位置。

本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法为一种具有第一部件和第二部件，并通过利用摩擦热而使被接合物软化进行接合的搅拌摩擦点焊装置的运行方法，其中，搅拌摩擦点焊装置具备：针部件，其形成为圆柱状；肩部件，其形成为圆筒状，并且被所述针部件插通到内部；旋转驱动器，其使针部件和肩部件围绕与针部件的轴心一致的轴线旋转；进退驱动器，其使针部件和肩部件分别沿轴线进退移动；以及控制器，第一部件被配置成与针部件和肩部件对置，且由熔点低于第二部件的材料构成。

控制器使旋转驱动器和进退驱动器动作，以使针部件和肩部件在旋转状态下按压被接合物的被接合部，并使旋转驱动器和进退驱动器动作，以使针部件和肩部件搅拌被接合物，当旋转状态的肩部件或旋转状态的针部件的轴线方向的速度在成为预先设定的规定的第一速度的状态下经过了预先设定的规定的第一时间时，则判断为肩部件的前端或针部件的前端到达了第二部件与所述第一部件的抵接面。

此外，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法中，当旋转状态的肩部件的轴线方向的速度在成为预先设定的规定的第一速度的状态下经过了预先设定的规定的第一时间时，控制器也可以判断为肩部件的前端到达了第二部件与第一部件的抵接面。

此外，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法中，第一速度也可以为-0.5mm/秒以上+0.5mm/秒以下。

此外，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法中，第一时间也可以为0.01秒以上0.5秒以下。

此外，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法中，控制器在判断肩部件的前端到达了第二部件与第一部件的抵接面之后，也可以使进退驱动器和旋转驱动器动作，以使肩部件的前端到达第二部件内的预先设定的规定的第一位置。

进而，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法中，第一位置也可以为距离第二部件与第一部件的抵接面0.3mm以下的位置。

以下，参照附图详细说明本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的一示例。

[搅拌摩擦点焊装置的结构]

图1为用于表示本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的概略结构的示意图。此外，图1将图中的上下方向表示为搅拌摩擦点焊装置50中的上下方向。

如图1所示，本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50具备针部件11、肩部件12、工具固定器52、进退驱动器53、夹紧部件13、背衬支撑部55、背衬部件56以及旋转驱动器57。

针部件11、肩部件12、工具固定器52、进退驱动器53、夹紧部件13以及旋转驱动器57设置在由C型枪(C型框架)构成的背衬支撑部55的上端。此外，在背衬支撑部55的下端设有背衬部件56。针部件11、肩部件12、夹紧部件13和背衬部件56在相互对置的位置安装在背衬支撑部55上。此外，由于在针部件11、肩部件12以及夹紧部件13与背衬部件56之间配置有被接合物60。

针部件11、肩部件12以及夹紧部件13固定在由旋转工具固定器521和夹紧固定器522构成的工具固定器52上。具体而言，针部件11和肩部件12固定在旋转工具固定器521上，夹紧部件13经由夹紧驱动器41固定在夹紧固定器522上。而且，旋转工具固定器521经由旋转驱动器57被夹紧固定器522支承。此外，夹紧驱动器41由弹簧构成。

此外，针部件11、肩部件12以及夹紧部件13通过由针驱动器531和肩驱动器532构成的进退驱动器53而沿上下方向进退驱动。

针部件11被形成为圆柱状，尽管在图1中未详细图示，但由旋转工具固定器521支承。此外，针部件11被构成为通过旋转驱动器57围绕与针部件11的轴心一致的轴线Xr(旋转轴)旋转，并通过针驱动器531能够沿箭头P1方向、即轴线Xr方向(图1中为上下方向)进退移动。

此外，针驱动器531例如也可以由直动致动器构成。直动致动器例如也可以由伺服电动机和齿条齿轮、伺服电动机和滚珠丝杆、或气缸等构成。

肩部件12被形成为具有中空的圆筒状，并由旋转工具固定器521支撑。针部件11内插在肩部件12的中空内。换言之，肩部件12配置成包围针部件11的外周面。

此外，肩部件12被构成为通过旋转驱动器57围绕与针部件11相同的轴线Xr旋转，并通过肩驱动器532能够沿箭头P2方向、即轴线Xr方向进退移动。

此外，肩驱动器532例如也可以由直动致动器构成。直动致动器例如也可以由伺服电动机和齿条齿轮、伺服电动机和滚珠丝杆、或气缸等构成。

这样，针部件11和肩部件12(旋转工具)在本实施方式中均由相同的旋转工具固定器521支撑，并且均通过旋转驱动器57围绕轴线Xr一体地旋转。而且，针部件11和肩部件12被构成为能够通过针驱动器531和肩驱动器532分别沿轴线Xr方向进退移动。

此外，在本实施方式1中，尽管针部件11能够单独进退移动，且也能够随着肩部件12的进退移动而进退移动，但针部件11和肩部件12也可以构成为能够分别独立进退移动。

夹紧部件13与肩部件12同样地形成为具有中空的圆筒状，并被设置成其轴心与轴线Xr一致。在夹紧部件13的中空内插入有肩部件12。

即，圆筒状的肩部件12被配置成包围针部件11的外周面，圆筒状的夹紧部件13被配置成包围肩部件12的外周面。换言之，由于夹紧部件13、肩部件12以及针部件11分别为同轴心状嵌套结构。

此外，夹紧部件13被构成为从一个面(表面60c)按压被接合物60。如上所述，在本实施方式1中，夹紧部件13经由夹紧驱动器41被夹紧固定器522支承。夹紧驱动器41被构成为将夹紧部件13向背衬部件56一侧施力。而且，夹紧部件13(包括夹紧驱动器41和夹紧固定器522)被构成为能够通过肩驱动器532向箭头P3方向(与箭头P1和箭头P2相同的方向)进退。

此外，尽管夹紧驱动器41在本实施方式1中由弹簧构成，但并不限于此。夹紧驱动器41只要是对夹紧部件13施力或施加焊接压力的结构即可，例如也可以优选使用使用使用了气压、油压、伺服电动机等的机构。

针部件11、肩部件12以及夹紧部件13分别具备前端面11a、前端面12a以及前端面13a。此外，针部件11、肩部件12以及夹紧部件13通过进退驱动器53进退移动，从而使前端面11a、前端面12a以及前端面13a分别与被接合物60的表面60c(被接合物60的被接合部)抵接，并按压被接合物60。

在本实施方式1中，背衬部件56被构成为以与平板状的被接合物60的背面抵接的方式由平坦的面(支撑面56a)支撑。只要背衬部件56能够以可实施搅拌摩擦焊的方式适当地支撑被接合物60，则其结构并无特别限定。背衬部件56也可以被构成为例如另外准备具有多个种类形状的背衬部件56，并根据被接合物60的种类而从背衬支撑部55拆下进行更换。

被接合物60具有两个板状的第一部件61和第二部件62。第一部件61被配置成与针部件11和肩部件12对置，且由熔点低于第二部件62的材料构成。

此外，也可以在被接合物60的重叠的第一部件61与第二部件62的接触部分涂敷密封剂材料。密封剂材料可以是密封剂或粘合剂。作为密封剂材料，例如可以使用聚硫化物系合成橡胶、天然橡胶、硅橡胶、氟橡胶等合成橡胶、四氟化乙烯橡胶树脂等合成树脂等。

作为第一部件61可以使用金属材料(例如铝、铝合金、镁合金等)、热塑性塑料(例如聚酰胺等)以及纤维强化塑料(例如碳纤维强化塑料等)中的至少一种材料。作为铝合金可以使用各种铝合金，例如可以使用Al-Mg-Si系合金(A6061)，也可以使用Al-Si-Mg系合金(AC4C)。

此外，作为第二部件62也可以使用金属材料(例如钢、钛、不锈钢、铜等)。作为钢可以使用各种钢，也可以使用软钢或高张力钢。此外，可以在钢的表面形成氧化膜，也可以形成镀层(例如镀锌)。作为形成有镀锌的钢板可以是热镀锌钢板(GI钢板)，也可以是合金化热镀锌钢板(GA钢板)，也可以是高镀铝锌钢板(注册商标)，还可以是镀铝硅热冲压钢板。进而，镀层厚度也可以为2μm到50μm。

此外，在本实施方式1中，采用了由板状的第一部件61和板状的第二部件62构成被接合物60的方式。但并不限于此，被接合物60(第一部件61和第二部件62)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。此外，被接合物60也可以具有3个以上的部件。

此外，本实施方式1中的针部件11、肩部件12、工具固定器52、进退驱动器53、夹紧部件13、背衬支撑部55以及旋转驱动器57的具体结构并不限于上述结构，可以广泛地在搅拌摩擦焊领域优选使用公知的结构。例如，针驱动器531和肩驱动器532也可以由在搅拌摩擦焊领域公知的电动机和齿轮机构等构成。

此外，尽管背衬支撑部55在本实施方式1中由C型枪构成，但并不限于此。背衬支撑部55只要能够进退移动地支撑针部件11、肩部件12以及夹紧部件13，并能够将背衬部件56支撑在与针部件11、肩部件12以及夹紧部件13对置的位置，则可以以任何方式构成。

此外，尽管本实施方式1采用了具备夹紧部件13的结构，但并不限于此，也可以采用不具备夹紧部件13的结构。在该情况下，例如，夹紧部件13也可以根据需要从背衬支撑部55可装卸地构成。

进而，本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50采用配设在搅拌摩擦点焊用机器人装置(未图示)上的方式。具体而言，背衬支撑部55安装在机器人装置的臂的前端。

因此，可以认为背衬支撑部55也包含在搅拌摩擦点焊用机器人装置中。包括背衬支撑部55和臂在内，搅拌摩擦点焊用机器人装置的具体结构并无特别限定，可以优选使用多关节机器人等在搅拌摩擦焊领域中公知的结构。

此外，搅拌摩擦点焊装置50(包括背衬支撑部55)并不限于适用于搅拌摩擦点焊用机器人装置的情况，例如也可以适用于NC机床、大型C框架以及自动铆钉机等公知的加工用设备。

此外，本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50也可以被构成为，两对以上的机器人使搅拌摩擦点焊装置50中的背衬部件56以外的部分和背衬部件56正对。进而，搅拌摩擦点焊装置50只要能够对被接合物60稳定地进行搅拌摩擦点焊，则可以采用将被接合物60做成手持型方式，也可以采用将机器人用作被接合物60的定位器的方式。

[搅拌摩擦点焊装置的控制结构]

接着，参照图2具体说明本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的控制结构。

图2为用于示意地表示图1所示的搅拌摩擦点焊装置50的控制结构的框图。

如图2所示，搅拌摩擦点焊装置50具备控制器51、存储器31、输入器32、焊接压力检测器33、位置检测器34、速度检测器35、计时器36。

控制器51控制用于构成搅拌摩擦点焊装置50的各部件(各设备)。具体而言，控制器51通过读出并执行存储在存储器31中的基本程序等软件，控制构成进退驱动器53的针驱动器531以及肩驱动器532和旋转驱动器57。

由此，能够控制针部件11和肩部件12的进出移动或后退移动的切换、进退移动时的针部件11以及肩部件12中的前端位置的控制、移动速度以及移动方向等。此外，能够控制用于按压针部件11、肩部件12以及夹紧部件13的被接合物60的按压力。进而，能够控制针部件11和肩部件12的转速。

此外，控制器51可以由集中控制的单独的控制器51构成，也可以由相互协作分散控制的多个控制器51构成。此外，控制器51可以由微型计算机构成，也可以由MPU、PLC(Programmable Logic Controller可编程逻辑控制器)、逻辑电路等构成。

存储器31以能够读出的方式存储基本程序、各种数据，作为存储器31由公知的存储器、硬盘等的存储装置等构成。存储器31可以被构成为多个存储装置(例如，随机存取存储器和硬盘驱动器)，而不必是单个的。在控制器51等由微型计算机构成的情况下，存储器31的至少一部分可以被构成为微型计算机的内部存储器，也可以被构成为独立的存储器。

此外，在存储器31中存储有数据，可以从控制器51以外读出数据，当然也可以从控制器51等写入数据。

输入器32能够对控制器51输入与搅拌摩擦点焊的控制相关的各种参数或其他数据等，并由键盘、触摸面板、按钮开关组等公知的输入装置构成。在本实施方式1中，至少能够通过输入器32输入被接合物60的接合条件，例如被接合物60的厚度、材质等数据。

焊接压力检测器33被构成为，在针部件11或肩部件12与被接合物60抵接或按压时，检测这些部件对被接合物60施加的焊接压力(按压力)，并将检测出的按压力输出到控制器51。此外，在本实施方式1中，尽管作为焊接压力检测器33使用测力传感器，但并不限于此，可以使用公知的焊接压力检测装置。

位置检测器34被构成为检测肩部件12的前端(前端面12a)的位置信息，并将检测出的位置信息输出到控制器51。作为位置检测器34，例如也可以使用位移传感器、LVDT、编码器等。在使用编码器作为位置检测器34的情况下，该编码器也可以被构成为检测使肩部件12进退驱动的进退驱动器53(肩驱动器532)的旋转角度。此外，位置检测器34也可以为用于检测向使肩部件12进退驱动的进退驱动器53(肩驱动器532)供给的电流值的电流计。

速度检测器35被构成为检测肩部件12的轴线方向的速度，并将检测出的速度信息输出到控制器51。作为速度检测器35，例如也可以使用用于检测使肩部件12进退驱动的进退驱动器53(肩驱动器532)的旋转角度的编码器。

计时器36具有时钟功能和/或日历功能。此外，计时器36被构成为进行时间测定，并将测定出的时间信息输出到控制器51。

[搅拌摩擦点焊装置的动作(运行方法)]

接着，参照图3A至图4B具体说明本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的动作。此外，以下的动作通过控制器51读出存储在存储器31中的程序来执行。

图3A和图3B为用于表示本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的动作一示例的流程图。图4A和图4B为用于示意性地表示图1所示的搅拌摩擦点焊装置50的搅拌摩擦点焊的各工序一示例的工序图。

此外，图4A和图4B以使用第一部件61和第二部件62作为被接合物60重叠并通过点焊连接它们的情况为例。此外，在图4A和图4B中，省略了搅拌摩擦点焊装置50的一部分，箭头r表示针部件11和肩部件12的旋转方向，空心箭头F表示施加于第一部件61和第二部件62的力的方向。

此外，尽管从背衬部件56也对第一部件61和第二部件62施加力，但为了便于说明，在图4A和图4B中未图示。而且，在图4A和图4B中，为了明确与针部件11和夹紧部件13的区别，对肩部件12实施了阴影线。

首先，工作人员(操作者)将被接合物60载置在背衬部件56的支撑面56a上。接着，工作人员操作输入器32，向控制器51输入被接合物60的接合执行。此外，机器人也可以将被接合物60载置在背衬部件56的支撑面56a上。

于是，如图3A所示，控制器51驱动旋转驱动器57，使针部件11和肩部件12以预先设定的规定的第一转速(例如，200～3000rpm)旋转(参照步骤S101、图4A的工序(1))。

接着，控制器51驱动进退驱动器53(肩驱动器532)，在使针部件11和肩部件12旋转的状态下，使针部件11、肩部件12以及夹紧部件13接近被接合物60。然后，使针部件11的前端面11a、肩部件12的前端面12a以及夹紧部件13的前端面13a(图4A和图4B中未图示)与被接合物60的表面60c(被接合物60的被接合部)抵接(参照步骤S102、图4A的工序(2))。

此时，控制器51控制进退驱动器53(肩驱动器532)，以使针部件11、肩部件12以及夹紧部件13以预先设定的规定的按压力(例如，包含在3kN至15kN的范围内的规定值)按压被接合物60。

因此，控制器51判断焊接压力检测器33是否检测到规定的压力(例如3kN～15kN)(步骤S103)。由此，能够判断针部件11的前端面11a、肩部件12的前端面12a以及夹紧部件13的前端面13a是否与被接合物60的表面60c抵接。

当控制器51判断为焊接压力检测器33未检测出规定的压力时(步骤S103中为“否”)，则重复进行步骤S102和步骤S103的处理，直到焊接压力检测器33检测出规定的压力为止。

另一方面，当控制器51判断为焊接压力检测器33检测出规定的压力时(步骤S103中为“是”)，则执行步骤S104的处理。

当针部件11的前端面11a、肩部件12的前端面12a以及夹紧部件13的前端面13a与被接合物60的表面60c抵接时，第一部件61和第二部件62被夹紧部件13和背衬部件56夹入。而且，通过夹紧驱动器41的收缩，夹紧部件13被向被接合物60的表面60c一侧施力，产生夹紧力。

此外，在该状态下，由于针部件11和肩部件12都不进退移动，因此将被接合物60的表面60c“预备加热”。由此，第一部件61的抵接区域的构成材料因摩擦而发热而软化，会在被接合物60的表面60c附近产生塑性流动部60a。

在步骤S104中，控制器51驱动进退驱动器53，以使针部件11的前端面11a沉入肩部件12的前端面12a。此时，控制器51也可以驱动进退驱动器53(针驱动器531)，以使针部件11离开被接合物60。此外，控制器51也可以驱动进退驱动器53(肩驱动器532)，以使肩部件12压入被接合物60内。

由此，肩部件12的前端部在旋转的状态下被压入被接合物60的被接合部内。

接着，控制器51从速度检测器35取得该速度检测器35检测出的肩部件12的轴线方向的速度信息(步骤S105)。接着，控制器51判断在步骤S105中取得的速度信息(速度)是否为预先设定的规定的第一速度(步骤S106)。

这里，第一部件61和第二部件62由不同的金属构成，第二部件62由熔点高于第一部件61的材料(硬材料)构成。因此，当肩部件12的前端(前端面12a)到达第二部件62与第一部件61的抵接面62a时，肩部件12的轴线方向的速度变小。

因此，第一速度可以预先通过实验等设定，并根据第二部件62的组成等适当设定。从速度检测器35的检测精度的角度出发，第一速度可以为-0.5mm/秒以上+0.5mm/秒以下。

当控制器51判断为在步骤S105中取得的速度信息不是第一速度时(步骤S106中为“否”)，则返回步骤S105并重复步骤S105和步骤S106的处理，直到在步骤S105中取得的速度信息成为第一速度为止。

另一方面，当控制器51判断为在步骤S105中取得的速度信息为第一速度时(步骤S106中为“是”)，则从计时器36取得时间信息(步骤S107)。具体而言，控制器51从计时器36取得在步骤S105中取得的速度信息被判断为是第一速度之后经过的时间。

控制器51判断在步骤S107中取得的时间信息(判断为是第一速度之后经过的时间)是否经过了预先设定的第一时间(步骤S108)。

这里，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50中，计测从肩部件12的轴线方向的速度成为第一速度起经过的时间是出于以下的理由。即，当肩部件12的前端(前端面12a)到达第二部件62与第一部件61的抵接面62a时，肩部件12的前端部不会立即压入到第二部件62内。

因此，通过计测肩部件12的轴线方向的速度成为第一速度后经过的时间，能够避免误检测。此外，能够更明确(正确)地判断肩部件12的前端(前端面12a)到达第二部件62与第一部件61的抵接面62a。

第一时间可以预先通过实验等设定。作为第一时间，在第一部件61与第二部件62的熔点(硬度)之差较小的情况下，例如可以为0.01秒以上、也可以为0.05秒以上、也可以为0.1秒以上、也可以为0.2秒以上。此外，作为第一时间，在第一部件61与第二部件62的熔点(硬度)之差较大的情况下，例如可以为0.5秒以下，也可以为0.4秒以下。

当控制器51判断为在步骤S107中取得的时间信息没有经过第一时间时(步骤S108中为“否”)，则返回步骤S107，并在步骤S107中取得的时间信息经过第一时间之前，重复步骤S107和步骤S108的处理。

另一方面，当控制器51判断为在步骤S107中取得的时间信息经过了第一时间时(步骤S108中为“是”)，则从位置检测器34取得肩部件12的前端的位置信息(步骤S109；参照图3B)。接着，控制器51判断在步骤S109中取得的肩部件12的前端的位置信息是否到达预先设定的规定的第一位置(步骤S110)。

这里，第一位置可以预先通过实验等设定，并且是从第二部件62与第一部件61的抵接面62a至0.3mm以下之间的任意位置。

从除去形成在第二部件62上的镀层(镀膜)或氧化膜而形成新生面的角度出发，第一位置可以是从抵接面62a到0.008mm以上的位置，也可以是从抵接面62a到0.01mm以上的位置。此外，从抑制肩部件12的磨损(损伤)的角度出发，第一位置可以是从抵接面62a到0.25mm以下的位置，也可以是从抵接面62a到0.20mm以下的位置，也可以是从抵接面62a到0.10mm以下的位置。

进而，从除去形成在第二部件62上的镀层(镀膜)或氧化膜而形成新生面的角度出发，第一位置也可以是距离形成于第二部件62的镀层(镀膜)或氧化膜0.20mm以下的位置，也可以是距离形成于第二部件62的镀层(镀膜)或氧化膜0.10mm以下的位置。

由此，肩部件12的前端面12a从第二部件62的抵接面62a到达0.3mm以下的任意位置(即，第一位置)。而且，在第二部件62与肩部件12抵接的部分和/或第二部件62与塑性流动部60a抵接的部分可形成新生面。

此外，由于塑性流动部60a软化后的材料被肩部件12推开，从肩部件12的正下方向针部件11的正下方流动，因此针部件11后退，并相对于肩部件12浮起(参照图4A的工序(3))。

此外，在第二部件62的表面上形成的镀层(镀膜)或形成氧化膜的杂质(例如锌、氧化铁等)也向针部件11的正下方流动。而且，上述杂质的一部分比肩部件12的前端部的外周面更向外侧流出。

当控制器51判断为在步骤S109中取得的肩部件12前端的位置信息未到达第一位置时(步骤S110中为“否”)，则返回步骤S109，并重复步骤S109和步骤S110处理，直到判断为在步骤S109中取得的肩部件12的前端部的位置信息已经到达第一位置为止。

另一方面，当控制器51判断为在步骤S109中取得的肩部件12的前端的位置信息到达了第一位置时(步骤S110中为“是”)，则执行步骤S111的处理。

在步骤S111中，控制器51驱动进退驱动器53(针驱动器531)以使针部件11向被接合物60前进，和/或控制器51驱动进退驱动器53(肩驱动器532)以使肩部件12离开被接合物60。

具体而言，控制器51控制进退驱动器53，使针部件11的前端面11a以及肩部件12的前端面12a对齐到几乎不相互产生台阶的程度(成为同一面)。

由此，针部件11逐渐向第一部件61前进，肩部件12从第一部件61后退。此时，塑性流动部60a的软化部分从针部件11的正下方向肩部件12的正下方(因肩部件12的压入而产生的凹部)流动。

而且，针部件11的前端面11a和肩部件12的前端面12a移动到被接合物60的表面60c附近。由此，被接合物60的表面60c被整形，得到实质上不产生凹部的程度的大致平坦的面(参照图4B的工序(4))。

此外，在步骤S104和/或步骤S111的处理中，控制器51将针部件11的前端面的面积设为Ap，将肩部件12的前端面的面积设为As，将针部件11的压入深度设为Pp，将肩部件12的压入深度设为Ps时，优选控制进退驱动器53，以便降低由下式(I)

Ap·Pp+As·Ps＝Tx···(I)

所定义的工具平均位置Tx的绝对值，更优选控制进退驱动器53以使工具平均位置Tx＝0。此外，由于日本特开2012-196682号公报详细公开了用于减小工具平均位置Tx的绝对值的具体控制，因此这里省略其说明。

此外，控制器51也可以在步骤S111的处理中控制进退驱动器53，以使针部件11的前端面11a位于第一位置。此时，控制器51也可以在针部件11的前端面11a位于第一位置后，控制进退驱动器53，以使针部件11的前端面11a和肩部件12的前端面12a成为同一面。

接着，控制器51驱动进退驱动器53，以使针部件11、肩部件12以及夹紧部件13从被接合物60离开(步骤S112)。接着，控制器51控制旋转驱动器57，使针部件11和肩部件12停止旋转(参照步骤S113；图4B的工序(5))，并结束本程序(被接合物60的接合工序)。

由此，由于针部件11和肩部件12的抵接所引起的旋转(以及按压)不会施加到第一部件61以及第二部件62，所以在塑性流动部60a中塑性流动停止，塑性流动部60a与第二部件62的新生面接合。

在这样构成的本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50中，控制器51被构成为，在旋转状态的肩部件12的轴线方向的速度为第一速度的状态下，判断是否经过了第一时间。

由此，与第一部件61的厚度的偏差无关，能够更明确(更正确)地判断为肩部件12的前端到达了第二部件62与第一部件61的抵接面62a。

此外，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50中，控制器51被构成为使进退驱动器53动作，以使肩部件12的前端从第二部件62与第一部件61的抵接面62a到达0.3mm以下的任意位置(即，第一位置)。

由此，通过肩部件12的前端部可除去形成于第二部件62的表面(抵接面62a)的镀层(镀膜)或氧化膜，并形成新生面。

此外，用于形成被除去的镀层(镀膜)或氧化膜的杂质(例如锌等)向针部件11的正下方流动。而且，上述杂质的一部分比肩部件12的前端部的外周面更向外侧流出。

因此，当塑性流动部60a的软化部分从针部件11的正下方向肩部件12的正下方(通过肩部件12的压入而产生的凹部)流动时，向肩部件12的正下方流动的杂质的量与流出的杂质的量相应地减少。

此外，在本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50中，尽管控制器51采用了使进退驱动器53动作，以便在旋转状态的肩部件12的轴线方向的速度为第一速度的状态下判断为经过了第一时间后，使肩部件12的前端到达第一位置的方式，但不限于此。

控制器51也可以被构成为，在旋转状态的肩部件12的轴线方向的速度成为第一速度的状态下，在判断为经过了第一时间之后，再使肩部件12的移动待机到经过规定的第二时间为止。此外，控制器51在判断为经过了第二时间后，以针部件11朝向被接合物60前进方式驱动进退驱动器53(针驱动器531)，和/或控制器51也可以被构成为以使肩部件12离开被接合物60的方式驱动进退驱动器53(肩驱动器532)。

这里，从在第二部件62的表面形成新生面的角度出发，第二时间可以为0.1秒以上，也可以为0.2秒以上。此外，从抑制在第二部件62表面形成的新生面上过度受热的角度出发，第二时间可以为0.8秒以下，也可以为0.75秒以下。

(实施方式2)

在本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置中，实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的控制器在旋转状态的针部件的轴线方向的速度成为预先设定的规定的第一速度的状态下，在经过了预先设定的规定的第一时间的情况下，则判断为针部件的前端到达了第二部件与第一部件的抵接面。

此外，在本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置中，第一速度可以为-0.5mm/秒以上+0.5mm/秒以下。

此外，在本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置中，第一时间也可以为0.01秒以上0.5秒以下。

此外，在本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置中，控制器在判断为针部件的前端到达了第二部件与第一部件的抵接面之后，也可以使进退驱动器和旋转驱动器动作，使针部件的前端到达第二部件内预先设定的规定的第一位置。

进而，在本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置中，第一位置也可以是距离第二部件与第一部件的抵接面0.3mm以下的位置。

关于本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法，在实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法中，当旋转状态的针部件的轴线方向的速度成为预先设定的规定的第一速度的状态下，经过了预先设定的规定的第一时间时，则控制器判断为针部件的前端到达了第二部件与第一部件的抵接面。

此外，在本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法中，第一速度可以为-0.5mm/秒以上+0.5mm/秒以下。

此外，在本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法中，第一时间可以为0.01秒以上0.5秒以下。

此外，在本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法中，控制器在判断为针部件的前端到达了第二部件与第一部件的抵接面之后，也可以以使针部件的前端到达第二部件内的预先设定的规定的第一位置的方式使进退驱动器和旋转驱动器动作。

进而，在本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置的运行方法中，第一位置也可以是距离第二部件与第一部件的抵接面0.3mm以下的位置。

以下，参照附图对本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置的一示例进行详细说明。

此外，尽管本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置50与实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的基本结构相同，但位置检测器34和速度检测器35的结构不同。

具体而言，位置检测器34被构成为检测针部件11的前端(前端面11a)的位置信息，并将检测出的位置信息输出到控制器51。作为位置检测器34，例如也可以使用位移传感器、LVDT、编码器等。

在使用编码器作为位置检测器34的情况下，该编码器也可以被构成为检测使针部件11进退驱动的进退驱动器53(针驱动器531)的旋转角度。此外，位置检测器34也可以是用于检测向使针部件11进退驱动的进退驱动器53(针驱动器531)供给的电流值的电流计。

速度检测器35被构成为检测针部件11的轴线方向的速度，并将检测出的速度信息输出到控制器51。作为速度检测器35，例如也可以使用用于检测使针部件11进退驱动的进退驱动器53(针驱动器531)的旋转角度的编码器。

[搅拌摩擦点焊装置的动作和作用效果]

参照图5A至图6B具体说明本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的动作。此外，以下动作通过控制器51读出存储在存储器31中的程序来执行。

图5A和图5B为用于表示本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的动作一示例的流程图。图6A和图6B为用于示意性地表示本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的搅拌摩擦点焊的各工序一示例的工序图。

此外，图6A和图6B以使用第一部件61和第二部件62作为被接合物60，将它们重叠并通过点焊连接的情况为例。此外，在图6A和图6B中，省略了搅拌摩擦点焊装置50的一部分，箭头r表示针部件11和肩部件12的旋转方向，空心箭头F表示施加于第一部件61和第二部件62的力的方向。

此外，尽管从背衬部件56也对第一部件61和第二部件62施加力，但为了便于说明，在图6A和图6B中未图示。而且，在图6A和图6B中，为了明确与针部件11和夹紧部件13的区别，对肩部件12实施了阴影线。

首先，工作人员(操作者)将被接合物60载置在背衬部件56的支撑面56a上。接着，工作人员操作输入器32，向控制器51输入被接合物60的接合执行。此外，机器人也可以将被接合物60载置在背衬部件56的支撑面56a上。

于是，如图5A所示，控制器51驱动旋转驱动器57，使针部件11和肩部件12以预先设定的规定的第一转速(例如，200～3000rpm)旋转(参照步骤S201；图6A的工序(1))。

接着，控制器51驱动进退驱动器53(肩驱动器532)，在使针部件11和肩部件12旋转的状态下，使针部件11、肩部件12和夹紧部件13接近被接合物60。然后，使针部件11的前端面11a、肩部件12的前端面12a以及夹紧部件13的前端面13a(图6A和图6B中未图示)与被接合物60的表面60c(被接合物60的被接合部)抵接(参照步骤S202；图6A的工序(2))。

此时，控制器51控制进退驱动器53(肩驱动器532)，以使针部件11、肩部件12以及夹紧部件13以预先设定的规定的按压力(例如，包含在3kN至15kN的范围内的规定值)按压被接合物60。

因此，控制器51通过判断焊接压力检测器33是否检测出规定的压力(例如，从3kN到15kN)(步骤S203)，判断针部件11的前端面11a、肩部件12的前端面12a以及夹紧部件13的前端面13a是否与被接合物60的表面60c抵接。

当控制器51判断为焊接压力检测器33未检测出规定的压力时(步骤S203中为“否”)，则重复进行步骤S202和步骤S203的处理，直到焊接压力检测器33检测出规定的压力为止。

另一方面，当控制器51判断为焊接压力检测器33检测出规定的压力时(步骤S203中为“是”)，则执行步骤S204的处理。

当针部件11的前端面11a、肩部件12的前端面12a以及夹紧部件13的前端面13a与被接合物60的表面60c抵接时，第一部件61以及第二部件62被夹紧部件13和背衬部件56夹入。而且，通过夹紧驱动器41的收缩，夹紧部件13被向被接合物60的表面60c一侧施力，产生夹紧力。

此外，在该状态下，由于针部件11和肩部件12都不进退移动，因此将被接合物60的表面60c“预备加热”。由此，第一部件61的抵接区域的构成材料因摩擦而发热而软化，并在被接合物60的表面60c附近产生塑性流动部60a。

在步骤S204中，控制器51驱动进退驱动器53，以使针部件11的前端面11a相对于肩部件12的前端面12a突出。此时，控制器51也可以驱动进退驱动器53(针驱动器531)，以使针部件11压入被接合物60内。此外，控制器51也可以驱动进退驱动器53(肩驱动器532)，以使肩部件12离开被接合物60。

由此，针部件11的前端部在旋转的状态下压入被接合物60的被接合部内。

接着，控制器51从速度检测器35取得该速度检测器35所检测出的针部件11的轴线方向的速度信息(步骤S205)。接着，控制器51判断在步骤S205中取得的速度信息(速度)是否是预先设定的规定的第一速度(步骤S206)。

当控制器51判断为在步骤S205取得的速度信息不是第一速度时(步骤S206中为“否”)，则返回步骤S205，并重复步骤S205和步骤S206的处理，直到在步骤S205取得的速度信息成为第一速度为止。

另一方面，当控制器51判断为在步骤S205中取得的速度信息是第一速度时(在步骤S206中为“是”)，则从计时器36取得时间信息(步骤S207)。具体而言，控制器51从计时器36取得在步骤S205中取得的速度信息被判断为是第一速度之后经过的时间。

当控制器51判断在步骤S207中取得的时间信息(判断为是第一速度之后经过的时间)是否经过了预先设定的第一时间(步骤S208)。

当控制器51判断为在步骤S207中取得的时间信息没有经过第一时间时(步骤S208中为“否”)，则返回步骤S207，并在步骤S207中取得的时间信息经过第一时间之前重复步骤S207和步骤S208的处理。

另一方面，当控制器51判断为在步骤S207中取得的时间信息经过了第一时间时(步骤S208中为“是”)，则从位置检测器34取得针部件11的前端的位置信息(步骤S209；参照图6B)。接着，控制器51判断在步骤S209中取得的针部件11的前端的位置信息是否到达预先设定的规定的第一位置(步骤S210)。

这里，第一位置可以预先通过实验等设定，并且是第二部件62与第一部件61的抵接面62a至0.3mm以下之间的任意位置。

由此，针部件11的前端面11a从第二部件62的抵接面62a到达0.3mm以下的任意位置(即，第一位置)。而且，在第二部件62与针部件11抵接的部分和/或第二部件62与塑性流动部60a抵接的部分形成新生面。

此外，由于塑性流动部60a软化后的材料被针部件11推开，并从针部件11的正下方向肩部件12的正下方流动，因此肩部件12后退，相对于针部件11浮起(参照图6A的工序(3A))。

当控制器51判断为在步骤S209中取得的针部件11的前端的位置信息未到达第一位置时(步骤S210中为“否”)，则返回步骤S209，并重复步骤S209和步骤S210的处理，直到判断为在步骤S209中取得的针部件11的前端部的位置信息到达了第一位置为止。

另一方面，当控制器51判断为在步骤S209中取得的针部件11的前端的位置信息到达了第一位置时(步骤S210中为“是”)，则执行步骤S211的处理。

在步骤S211中，控制器51驱动进退驱动器53(肩驱动器532)以使肩部件12向被接合物60前进，和/或控制器51驱动进退驱动器53(针驱动器531)以使针部件11离开被接合物60。

具体而言，控制器51控制进退驱动器53，使针部件11的前端面11a和肩部件12的前端面12a对齐到几乎不相互产生台阶的程度(成为同一面)。

由此，肩部件12逐渐向第一部件61前进，针部件11从第一部件61后退。此时，塑性流动部60a的软化部分从肩部件12的正下方向针部件11的正下方流动。

而且，针部件11的前端面11a和肩部件12的前端面12a移动到被接合物60的表面60c附近。由此，被接合物60的表面60c被整形，得到实质上不产生凹部的程度的大致平坦的面(参照图6B的工序(4))。

此外，当控制器51在步骤S204和/或步骤S211的处理中，将针部件11的前端面的面积设为Ap，将肩部件12的前端面的面积设为As，将针部件11的压入深度设为Pp，将肩部件12的压入深度设为Ps时，优选控制进退驱动器53，以便降低由下式(I)

Ap·Pp+As·Ps＝Tx···(I)

所定义的工具平均位置Tx的绝对值，更优选控制进退驱动器53以使工具平均位置Tx＝0。此外，由于日本特开2012-196682号公报详细公开了用于减小工具平均位置Tx的绝对值的具体控制，因此这里省略其说明。

此外，控制器51也可以在步骤S211的处理中控制进退驱动器53，以使肩部件12的前端面12a位于第一位置。此时，控制器51也可以控制进退驱动器53，使得在肩部件12的前端面12aa位于第一位置之后，针部件11的前端面11a和肩部件12的前端面12a成为同一面。

接着，控制器51驱动进退驱动器53，以使针部件11、肩部件12以及夹紧部件13从被接合物60离开(步骤S212)。接着，控制器51控制旋转驱动器57，使针部件11和肩部件12停止旋转(参照步骤S213；图6B的工序(5))，并结束本程序(被接合物60的接合工序)。

由此，由于针部件11和肩部件12的抵接所引起的旋转(以及按压)不会施加到第一部件61和第二部件62，所以在塑性流动部60a中塑性流动停止，塑性流动部60a与第二部件62的新生面接合。

在这样构成的本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置50中，控制器51在旋转状态的针部件11的轴线方向的速度为第一速度的状态下，判断是否经过了第一时间。

由此，能够更明确(更正确)地判断针部件11的前端到达第二部件62与第一部件61的抵接面62a。

此外，在本实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置50中，尽管控制器51以在旋转状态的针部件11的轴线方向的速度为第一速度的状态下判断为经过了第一时间后，采用了使进退驱动器53动作的方式，使针部件11的前端到达第一位置，但不限于此。

控制器51也可以在旋转状态的针部件11的轴线方向的速度成为第一速度的状态下，在判断为经过了第一时间之后，再使针部件11的移动待机直到经过规定的第二时间。此外，控制器51在判断为经过了第二时间后，驱动进退驱动器53(肩驱动器532)，以使肩部件12向被接合物60前进，和/或控制器51也可以驱动进退驱动器53(针驱动器531)以使针部件11离开被接合物60。

[本实施方式1的试验例]

接着，说明本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50所进行的被接合物60的接合试验。

(试验例1)

使用本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50执行被接合物60的接合试验，并绘制了肩部件12的前端的位置、肩部件12的轴线方向的速度以及流过用于驱动肩部件12旋转的旋转驱动器57的电流值。

(接合条件1)

作为第一部件61使用0.99mm的铝板(A6061-T6)，作为第二部件62使用1.2mm的980MPa级高强度钢板。此外，作为针部件11和肩部件12的转速的第一转速为2000rpm，针部件11、肩部件12以及夹紧部件13的按压力为14.7kN。

此外，作为肩部件12的目标到达位置的第一位置设定在从第二部件62与第一部件61的抵接面62a距离下方0.04mm的位置。

(比较例1)

通过使用本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50，执行被接合物60的接合试验，并绘制了流过用于驱动肩部件12旋转的驱动器57的电流值。

(接合条件2)

作为第一部件61使用0.99mm的铝板(A6061-T6)，作为第二部件62使用1.2mm的980MPa级高强度钢板。此外，作为针部件11和肩部件12的转速的第一转速为2000rpm，针部件11、肩部件12以及夹紧部件13的按压力为14.7kN。

此外，作为肩部件12的目标到达位置的第一位置设定在从第二部件62与第一部件61的抵接面62a到下方0.06mm的位置。

(试验结果)

图7为绘制了使用试验例1的搅拌摩擦点焊装置50而在接合条件1下搅拌摩擦点焊时的肩部件的前端位置相对于接合时间的曲线图。图8为绘制了使用试验例1的搅拌摩擦点焊装置50而在接合条件1下搅拌摩擦点焊时的肩部件的轴线方向的速度相对于接合时间的曲线图。图9为绘制了使用试验例1的搅拌摩擦点焊装置50而在接合条件1下搅拌摩擦点焊时的在旋转驱动器57中流通的电流值相对于接合时间的曲线图。图10为绘制了使用比较例1的搅拌摩擦点焊装置50而在接合条件2下搅拌摩擦点焊时的在旋转驱动器57中流通的电流值相对于接合时间的曲线图。

此外，在图7至图10中，接合时间是指控制器51开始图3A和图3B所示的接合程序后的经过时间。在图7中，被接合物60的表面60c被规定为0，压入被接合物60内的方向表示为正，离开被接合物60的方向表示为负。此外，在图8中，从第一部件61的上表面(被接合物60的表面60c)朝向第二部件62的抵接面62a的一侧为负，从第二部件62的抵接面62a朝向第一部件61的上表面的一侧为正。进而，在图7至图9中，工序(1)至工序(5)的各工序对应于图4A和图4B所示的工序(1)至工序(5)的各工序。

如图8所示，在肩部件12的前端部在旋转状态下压入被接合物60的被接合部内的工序(3)中，在1.3秒～1.9秒间，肩部件12的轴线方向的速度为0mm/秒。

并且，如图7所示，在接合时间为1.3～1.9秒之间，肩部件12的前端位置位于0.99mm左右。此外，肩部件12的前端位置位于0.99mm左右可以认为是由于施加于肩部件12的压力使肩部件12挠曲，导致测定载荷的偏差而引起的。

因此，在1.3～1.9秒之间，可推测肩部件12的前端位于第二部件62与第一部件61的抵接面62a。

因此，通过控制器51判断在旋转状态下的肩部件12的轴线方向的速度为第一速度的状态下是否经过了第一时间，由此表示能够判断肩部件12的前端是否到达了第二部件62与第一部件61的抵接面62a。

此外，如图8所示，在接合时间为1.9～1.95秒之间，肩部件12的轴线方向的速度表示-0.3mm/秒的值。这是因为肩部件12的前端从第二部件62与第一部件61的抵接面62a压入到第二部件62内并到达第一位置。

另一方面，如图9所示，在绘制了使用试验例1的搅拌摩擦点焊装置50而在接合条件1下搅拌摩擦点焊时的在旋转驱动器57中流通的电流值相对于接合时间的情况下，难以判断在哪个时刻比规定的阈值大。

但是，如图10所示，在绘制了使用比较例1的搅拌摩擦点焊装置50而在接合条件2下搅拌摩擦点焊时的在旋转驱动器57中流通的电流值相对于接合时间的情况下，在接合时间为1.25秒左右电流值大幅变动，推测为比规定阈值大。

因此，在上述专利文献1所公开的异种金属接合方法中，有时不能判断为肩部件12或针部件11的前端到达了第二部件62与第一部件61的抵接面62a，表示还有改善的余地。

(实施方式3)

使用搅拌摩擦点焊装置50(参照图1)对本实施方式3进行说明。该搅拌摩擦点焊装置50的基本结构与实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的基本结构相同。这里，对于搅拌摩擦点焊装置50以及运行方法，说明与实施方式1不同的结构而省略相同的结构的说明。

[搅拌摩擦点焊装置的动作和作用效果]

对本实施方式3所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的动作进行说明。此外，以下的动作通过控制器51(参照图2)读出存储在存储器31(参照图2)中的程序来执行。

图11表示在搅拌摩擦点焊装置50中，针部件11的前端面11a、肩部件12的前端面12a以及夹紧部件13的前端面13a与被接合物60的表面60c抵接的状态。双箭头R表示包括第二部件62的抵接面62a的检测范围。该检测范围R是由控制器51判断肩部件12的前端是否到达抵接面62a的范围。双箭头D表示从第一部件61的上表面(被接合物60的表面60c)到检测范围R的距离。

该实施方式3的动作通过设定检测范围R而不同于实施方式1的动作。由此，图3A的步骤S105和步骤S106中的动作不同。实施方式3的其他动作与实施方式1中的动作相同。

与上述的本实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50的动作同样，如图3A所示，执行步骤S101至步骤S104。然后，进一步执行步骤S105和步骤S106。这里，参照图12A、图12B以及图12C说明步骤S105和步骤S106。

图12A表示在该步骤S105中压入被接合物60的肩部件12。在步骤S105中，控制器51取得肩部件12的轴向速度信息。此外，位置检测器34检测肩部件12的前端位置。控制器51判断肩部件12的前端是否位于检测范围R。控制器51重复步骤S105的处理，直到判断为肩部件12的前端位于检测范围R。如图12B所示，当控制器51判断为肩部件12的前端位于检测范围R时，则执行步骤S106。

在步骤S106中，当控制器51判断为在步骤S105中取得的速度信息不是第一速度时，则返回步骤S105并重复步骤S105和步骤S106的处理。

然后，当判断在步骤S105中取得的速度信息是第一速度时，控制器51从计时器36取得时间信息(步骤S107)。此时，如图12C所示，肩部件12的前端到达第二部件62的抵接面62a。在该步骤S107中，控制器51从计时器36取得在步骤S105中取得的速度信息判断为第一速度之后经过的时间。

控制器51判断在步骤S107中取得的时间信息(判断为是第一速度之后经过的时间)是否经过了预先设定的第一时间(步骤S108)。

当控制器51判断为在步骤S107中取得的时间信息没有经过第一时间时，则返回步骤S107并重复步骤S107和步骤S108的处理，直到在步骤S107中取得的时间信息经过第一时间为止。

然后，在步骤S108中，当控制器51判断为在步骤S107中取得时间信息经过了第一时间时，则如图3B所示，执行步骤S109以后的步骤。

在该搅拌摩擦点焊装置50中，控制器51判断在设定的检测范围R内，肩部件12的前端是否到达第二部件62的抵接面62a。该检测范围R被设定为包含第二部件62的抵接面62a的范围。

当在偏离该检测范围R的区域中成为第一速度时，可防止控制器51的误判。该搅拌摩擦点焊装置50能够高精度地判断肩部件12的前端是否到达第二部件62的抵接面62a。

通过将检测范围R设定得较小，可进一步抑制控制器51的误判。从该角度出发，该检测范围R优选为小于第一部件61的厚度。此外，该检测范围R优选为0.6mm以下，更优选为0.4mm以下，特别优选为0.2mm以下。此外，通过减小第一部件61的厚度在检测范围R中所占的比例，可进一步抑制控制器51的误判。从该角度出发，第一部件61的厚度在检测范围R中所占的比例优选为60％以下，更优选为40％以下，特别优选为20％以下，最优选为10％以下。

在该动作中，当在偏离检测范围R的区域中成为第一速度而经过了第一时间时，可防止控制器51的误判。通过设定该检测范围R，即使将第一时间设定得较短，也能够抑制误判。因此，该搅拌摩擦点焊装置50能够将第一时间设定得较短。通过设定该检测范围R，如果第一时间例如为0.01秒以上，则该控制器51能够抑制误判。从抑制控制器51的误判的角度出发，第一时间优选为0.05秒以上。

在该搅拌摩擦点焊装置50中，例如存储器31存储与被接合物60对应的检测范围R和距离D。由此，控制器51根据存储器31所存储的检测范围R，判断肩部件12的前端是否到达第二部件62的抵接面62a。

进而，从将包含抵接面62a的检测范围R设定得较小的角度出发，控制器51也可以修正检测范围R。例如，位置检测器34检测与被接合物60的表面60c抵接的肩部件12的前端的位置。控制器51取得肩部件12的前端与表面60c(参照图11)抵接的位置信息和判断为到达了第二部件62的抵接面62a(参照图12C)的位置信息。控制器51可以基于这些位置信息校正图11所示距离D和检测范围R。

通过进行这样的修正，可抑制由第一部件61的厚度和第二部件62的厚度的偏差引起的影响。通过该修正，能够在不取下抵接面62a的情况下将检测范围R设定得更小。

此外，这里，尽管基于被接合物60的表面60c和第二部件62的抵接面62a进行了修正，但不限于此。例如，可以测量第一部件61的厚度，并基于该厚度而校正距离D和检测范围R。此外，也可以测定被接合物60的厚度，并根据该厚度修正距离D和检测范围R。此外，检测范围R只要设定为包含第二部件62的抵接面62a的范围即可。例如，检测范围R也可以不使用距离D而确定第二部件62的抵接面62a，并将抵接面62a确定为中央值。

此外，在步骤S109和步骤S110中，也可以代替肩部件12是否到达了第一位置的判断，而判断是否经过了规定的保持时间。即，在肩部件12的前端到达第二部件62的抵接面62a之后，保持肩部件12的旋转和按压力。在该状态下，控制器51也可以判断是否经过了规定的保持时间。也可以在判断为经过了规定保持时间之后，执行步骤S111以后的步骤。

这里，虽然使用了实施方式1所涉及的搅拌摩擦点焊装置50，但该检测范围R的设定也同样适用于实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置50。

即，在实施方式2所涉及的搅拌摩擦点焊装置50中，控制器51也可以设定包含抵接面62a的检测范围R。在该检测范围R中，当旋转状态的针部件11的轴线方向的速度为第一速度的状态下经过了第一时间时，也可以判断为针部件11的前端到达了第二部件62的抵接面62a。

[本实施方式3的试验例]

接着，对本实施方式3的搅拌摩擦点焊装置50所进行的被接合物60的接合试验进行说明。

(试验例2)

使用本实施方式3所涉及的搅拌摩擦点焊装置50而执行被接合物60的接合试验。在该试验例2中，在步骤S108之后，在肩部件12的前端到达第二部件62的抵接面62a之后，保持肩部件12的旋转和按压力。以规定的保持时间保持该状态。然后，执行步骤S111。此外，该保持时间为0.2秒。其他接合条件与试验例1的接合条件1相同。即，第一部件61、第二部件62、针部件11以及肩部件12的转速和针部件11、肩部件12以及夹紧部件13的按压力与接合条件1相同。检测范围R为0.6mm。具体而言，检测范围R将抵接面62a设为中央值+-(正负)0.3mm。第一时间为0.10秒。

(试验例3-4)

在试验例3中，第一时间为0.05秒，在试验例4中，第一时间为0.01秒。其他接合条件与试验例2相同。

图13的曲线图2为绘制了试验例2的肩部件的前端的位置(压入量)相对于接合时间的曲线图。曲线图3为绘制了试验例3的肩部件的前端的位置(压入量)相对于接合时间的曲线图。

图14的曲线图2为绘制了试验例2的肩部件的轴线方向的速度相对于接合时间的曲线图。曲线图3为绘制了试验例3的肩部件的轴线方向的速度相对于接合时间的曲线图。曲线图4为绘制了试验例4的肩部件的轴线方向的速度相对于接合时间的曲线图。

(试验例5-7)

在该试验例5中，在步骤S109和步骤S110中，判断肩部件12是否到达了第一位置。检测范围R以第二部件62的抵接面62a为基准设为+-(正负)0.3mm。进而，第一时间为0.05秒，到第一位置为止的压入量为0.10mm。在试验例6中，到第一位置为止的压入量为0.08mm。其他接合条件与试验例5相同。在试验例7中，到第一位置为止的压入量为0.05mm。其他接合条件与试验例5相同。

图15的曲线图5为绘制了试验例5的肩部件的前端的位置(压入量)相对于接合时间的曲线图。曲线图6为绘制了试验例6的肩部件的前端的位置(压入量)相对于接合时间的曲线图。曲线图7为绘制了试验例7的肩部件的前端的位置(压入量)相对于接合时间的曲线图。

此外，在图13、14以及15中，接合时间是指控制器51开始图3A和图3B所示的接合程序后的经过时间。图13和图15将被接合物60的表面60c规定为0，将压入被接合物60内的方向表示为正，并将远离被接合物60的方向表示为负。此外，在图14中，从第一部件61的上表面(被接合物60的表面60c)压入的方向为负，离开的方向为正。

如图14所示，在试验例2和试验例3中，肩部件12的前端部以旋转的状态压入被接合物60的被接合部内，在1.3秒～1.6秒之间，肩部件12的轴线方向的速度为0mm/秒。

如图13所示，在试验例2和试验例3中，在接合时间为1.3～1.6秒之间，肩部件12的前端位置位于0.99mm左右。此外，肩部件12的前端位置位于0.99mm左右被认为是由于与图7相同的理由。

因此，在试验例2和试验例3中，在1.3～1.6秒之间，可推测肩部件12的前端位于第二部件62与第一部件61的抵接面62a。在该试验例2和3中，通过判断规定的保持时间而使第一部件61与第二部件62接合。在该试验例2和3中，不设定基于第一位置的压入量而使第一部件61与第二部件62接合。

另一方面，如图14所示，在试验例4中，肩部件12的前端部在旋转的状态下压入被接合物60的被接合部内，在1.3秒至1.4秒之间，肩部件12的轴线方向的速度为0mm/秒。这被认为是由于第一时间为0.01秒，并根据箭头P的位置处的速度，误判断为肩部件12的前端到达第二部件62的抵接面62a。但是，即使在第一时间为0.01秒的情况下，通过重新审视距离D和检测范围R也确认没有误判。

如图15所示，到第一位置的压入量越大，则肩部部件12的前端位置位于1mm左右的时间越长。在图15中，压入量越大则时间越长。在该试验例5、6以及7中确认得到设定的压入量。

在该试验例2-7中，控制器51判断在肩部件12的速度在检测范围R中为第一速度的状态下是否经过了第一时间。通过该试验例2-7，确认了能够在较短的第一时间内正确地判断肩部件12的前端是否到达第二部件62的抵接面62a。

根据上述说明，对于本领域的技术人员来说，本实施方式的许多改良或其他实施方式是显而易见的。因此，上述说明仅应被解释为说明性的，并且是为了教导本领域的技术人员最佳的形式而提供的。在不脱离本说明书公开的范围内，其结构和/或功能的细节可实质变更。此外，通过上述实施方式中公开的多个结构组成部分的适当组合，能够形成各种实施方式。

产业上的可利用性

由于这些搅拌摩擦点焊装置及其运行方法能够更明确地判断肩部件的前端或针部件的前端到达了第二部件与第一部件的抵接面，因而是有用的。

附图标记说明

11针部件

11a前端面

12 肩部件

12a 前端面

13 夹紧部件

13a 前端面

31 存储器

32 输入器

33 焊接压力检测器

34 位置检测器

35 速度检测器

36 计时器

41 夹紧驱动器

50 搅拌摩擦点焊装置

51 控制器

52 工具固定器

53 进退驱动器

55 背衬支撑部

56 背衬部件

56a 支撑面

57 旋转驱动器

60a 塑性流动部

60 被接合物

60c 表面

61 第一部件

62 第二部件

62a 抵接面

521 旋转工具固定器

522 夹紧固定器

531 针驱动器

532 肩驱动器

Xr 轴线

Claims (9)

1.一种搅拌摩擦点焊装置，具有第一部件和第二部件，并通过利用摩擦热而使被接合物软化进行接合，其特征在于，

所述搅拌摩擦点焊装置具备：

针部件，其形成为圆柱状；

肩部件，其形成为圆筒状，并且被所述针部件插通到内部；

旋转驱动器，其使所述针部件和所述肩部件围绕与所述针部件的轴心一致的轴线旋转；

进退驱动器，其使所述针部件和所述肩部件分别沿所述轴线进退移动；以及

控制器，

所述第一部件被配置成与所述针部件和所述肩部件对置，且由熔点低于所述第二部件的材料构成，

所述控制器使所述旋转驱动器和所述进退驱动器动作，以使所述针部件和所述肩部件在旋转状态下按压所述被接合物的被接合部，

并使所述旋转驱动器和所述进退驱动器动作，以使所述针部件和所述肩部件搅拌所述被接合物，

当旋转状态的所述肩部件或旋转状态的所述针部件在所述轴线方向的速度成为预先设定的规定的第一速度的状态下经过了预先设定的规定的第一时间时，则判断为所述肩部件的前端或所述针部件的前端到达了所述第二部件与所述第一部件的抵接面。

2.根据权利要求1所述的搅拌摩擦点焊装置，其特征在于，

所述第一速度为-0.5mm/秒以上+0.5mm/秒以下。

3.根据权利要求1或2所述的搅拌摩擦点焊装置，其特征在于，

所述第一时间为0.01秒以上0.5秒以下。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的搅拌摩擦点焊装置，其特征在于，

所述控制器在判断为所述肩部件的前端或所述针部件的前端到达了所述第二部件的与所述第一部件的抵接面后，使所述进退驱动器和所述旋转驱动器动作，以使所述肩部件的前端或所述针部件的前端到达所述第二部件内的预先设定的规定的第一位置。

5.根据权利要求4所述的搅拌摩擦点焊装置，其特征在于，

所述第一位置为距离所述第二部件与所述第一部件的抵接面0.3mm以下的位置。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的搅拌摩擦点焊装置，其特征在于，

所述控制器设定包含所述抵接面且小于所述第一部件厚度的检测范围，在所述检测范围内，当旋转状态的所述肩部件或旋转状态的所述针部件在所述轴线方向的速度成为预先设定的规定的第一速度的状态下经过了预先设定的规定的第一时间时，则判断为所述肩部件的前端或所述针部件的前端到达了所述第二部件与所述第一部件的抵接面。

7.根据权利要求6所述的搅拌摩擦点焊装置，其特征在于，

所述检测范围为0.6mm以下。

8.根据权利要求6或7所述的搅拌摩擦点焊装置，其特征在于，

所述第一部件的厚度在所述检测范围中的比例为60％以下。

9.一种搅拌摩擦点焊装置的运行方法，所述搅拌摩擦点焊装置具有第一部件和第二部件，并通过利用摩擦热而使被接合物软化进行接合，

所述搅拌摩擦点焊装置的运行方法的特征在于，

所述搅拌摩擦点焊装置具备：

针部件，其形成为圆柱状；

肩部件，其形成为圆筒状，并且被所述针部件插通到内部；

旋转驱动器，其使所述针部件和所述肩部件围绕与所述针部件的轴心一致的轴线旋转；

进退驱动器，其使所述针部件和所述肩部件分别沿所述轴线进退移动；以及

控制器，

所述第一部件被配置成与所述针部件和所述肩部件对置，且由熔点低于所述第二部件的材料构成，

所述控制器使所述旋转驱动器和所述进退驱动器动作，以使所述针部件和所述肩部件在旋转状态下按压所述被接合物的被接合部，

并使所述旋转驱动器和所述进退驱动器动作，以使所述针部件和所述肩部件搅拌所述被接合物，

当旋转状态的所述肩部件或旋转状态的所述针部件在所述轴线方向的速度成为预先设定的规定的第一速度的状态下经过了预先设定的规定的第一时间时，则判断为所述肩部件的前端或所述针部件的前端到达了所述第二部件与所述第一部件的抵接面。

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