JP2003245782A - 摩擦撹拌接合方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 摩擦撹拌接合に必要な時間を短縮すること。 【解決手段】 回転子２１を回転駆動手段２７によって
回転しながら、直進駆動手段２９によって被接合物に向
けて直進移動してゆく。回転子２１を高速度で回転しつ
つ高速度で直進移動する。ピン３６が被接合物２２，２
３に入り込み、ショルダ部３８が接触すると、検出手段
３４によって検出される回転駆動用モータ３１の負荷電
流が増大し、この時刻ｔ３以降、被接合物２２，２３の
軟化部分の摩擦撹拌に適した低い回転速度Ｖ２に変化す
るとともに、下降する直進移動速度を零または低下して
押圧力Ｐ２を低下する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、摩擦撹拌接合によ
って被接合物を、たとえばスポット接合などする摩擦撹
拌接合装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】先行技術では、回転子の回転速度と被接
合物に向って移動する移動速度とを、被接合物の摩擦熱
による軟化部分の撹拌に適した低い予め定める値に設定
した状態を保ったままで、常に動作させる。したがって
摩擦接合の開始から終了までの期間は、不所望に長くな
ってしまう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、摩擦
撹拌接合の施工時間を短縮することができるようにした
摩擦撹拌接合方法および装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、高速回転する
回転子と被接合物とを相互に押圧し、回転子と被接合物
との摩擦熱によって、被接合物を部分的に軟化させ、軟
化部分を撹拌して被接合物を接合する摩擦撹拌接合方法
において、回転子と被接合物との摩擦撹拌状態を検出
し、この検出結果に基づいて、摩擦撹拌動作が進行する
につれて、回転子の回転速度を、低くし、または回転子
と被接合物との押圧力を、低くすることを特徴とする摩
擦撹拌接合方法である。

【０００５】また本発明は、回転子は、ショルダ部と、
ショルダ部から被接合物に向って突出したピンとを有
し、ピンのみが被接合物に押圧接触している状態に比べ
て、ショルダ部が被接合物に押圧接触している状態で
は、前記回転速度を、低くし、または前記押圧力を、低
くすることを特徴とする。

【０００６】また本発明は、高速回転する回転子と被接
合物とを相互に押圧し、回転子と被接合物との摩擦熱に
よって、被接合物を部分的に軟化させ、軟化部分を撹拌
して被接合物を接合する摩擦撹拌接合方法において、被
接合物は、複数枚重ねられており、回転子が最上部の被
接合物の表面または、重ねられた表面の境界付近を押圧
接触したことを検出し、この検出結果に基づいて摩擦撹
拌動作が進行するにつれて、回転子の回転速度、または
回転子と被接合物との押圧力を、低くすることを特徴と
する摩擦攪拌接合方法である。

【０００７】また本発明は、摩擦攪拌接合は、スポット
接合であることを特徴とする。また本発明は、高速回転
する回転子を被接合物に押圧し、回転子と被接合物との
摩擦熱によって、被接合物を部分的に軟化させ、軟化部
分を撹拌して被接合物を接合する摩擦撹拌接合装置にお
いて、回転子を、その軸線まわりに回転速度可変に駆動
する回転駆動手段と、回転子を、その軸線方向に移動す
る直進駆動手段と、回転子と被接合物との押圧接触して
いる状態を検出する検出手段と、検出手段の出力に応答
し、前記出力に基づいて摩擦撹拌動作が進行するにつれ
て、回転駆動手段による回転速度、または直進駆動手段
による押圧力を低下する制御手段とを含むことを特徴と
する摩擦撹拌接合装置である。

【０００８】また本発明は、回転子は、ショルダ部と、
ショルダ部から被接合物に向って突出したピンとを有
し、検出手段は、ピンのみが被接合物に押圧接触してい
る第１状態と、ショルダ部が被接合物に押圧接触してい
る第２状態とを検出し、制御手段は、第１状態に比べて
第２状態では、前記回転速度を、低くし、または前記押
圧力を、低くすることを特徴とする。

【０００９】また本発明は、高速回転する回転子を被接
合物に押圧し、回転子と被接合物との摩擦熱によって、
被接合物を部分的に軟化させ、軟化部分を撹拌して被接
合物を接合する摩擦撹拌接合装置において、回転子を、
その軸線まわりに回転速度可変に駆動する回転駆動手段
と、回転子を、その軸線方向に移動する直進駆動手段
と、被接合物は、複数枚重ねられており、回転子が、最
上部の被接合物の表面または、重ねられた被接合物の境
界付近を押圧接触した状態を検出する検出手段と、検出
手段の出力に応答し、前記出力に基づいて摩擦撹拌動作
が進行するにつれて回転駆動手段による回転速度、また
は直進駆動手段による押圧力を低下する制御手段とを含
むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置である。

【００１０】また本発明は、摩擦攪拌接合は、スポット
接合であることを特徴とする。本発明に従えば、回転子
と被接合物との押圧接触中に、回転速度または押圧力の
少なくともいずれか一方を変化させ、被接合物のたとえ
ばスポット接合などの摩擦接合に必要な時間を短縮する
ことができる。回転速度を高くすることによって、回転
子と被接合物との摩擦熱の発生を迅速に行い、軟化部分
の撹拌時には、回転速度を低下して最適な値とする。こ
うして短い時間で、必要な摩擦熱を得て、被接合物の部
分的な軟化を促進する。また押圧力、さらには回転子の
被接合物への直進移動の速度を、回転子と被接合物との
摩擦熱のために高くして、短時間に被接合物を部分的に
軟化し、その後、押圧力、さらには直進移動の速度を低
下して軟化部分の撹拌のために最適な値とする。回転速
度と押圧力との両者を、押圧接触中に、変化するように
してもよい。

【００１１】本発明に従えば、回転子は、ショルダ部と
ピンとを有し、ピンのみが被接合物に接触している第１
の状態では、回転子の回転速度を高くし、または押圧力
を高くして、短時間に摩擦熱を発生して、被接合物の部
分的な軟化を促進する。これによってピンが被接合物に
入り込んでショルダ部が被接合物に接触した第２の状態
では、被接合物の軟化部分の撹拌のために最適な回転速
度となるように、または最適な押圧力となるように、こ
れらの回転速度または押圧力のいずれか少なくとも一方
を低下する。

【００１２】回転子のピンは、直円柱状であってもよい
が、円筒状であってもよい。ピンの基端部が連なるショ
ルダ部を有する先端部は、たとえばピンと同軸の直円柱
状であってもよく、または逆円錐台状であってもよい。
さらにこの回転子と同軸にガイド孔が形成され、このガ
イド孔に金属材を供給してピンの先端から送出し、送出
された金属材もまた回転による摩擦熱で軟化させ、接合
終了時における凹所が形成されることを防止することも
できる。

【００１３】本発明の実施の他の形態では、回転子に
は、ピンが設けられていなくてもよい。

【００１４】本発明に従えば、複数枚の被接合物が重ね
られた場合には、最上部の被接合物の表面または、重ね
られた被接合物の境界付近を回転子が押圧接触したとき
に、回転速度または押圧力を変化させる。これによって
回転子の接触状態に応じて、最適な回転速度および押圧
力を調整することができ、摩擦接合に必要な時間を短縮
するとともに接合される被接合物の品質を維持または向
上させることができる。

【００１５】また、本発明に従えば、摩擦攪拌接合がス
ポット接合である。上述するように１つの箇所の接合に
必要な時間を短縮することができるので、スポット接合
によって複数箇所を連続して順に接合する場合には、連
続して接合する箇所が増加すればするほど、作業時間を
短縮することができる。したがって本発明は、特にスポ
ット接合に良好に用いることができる。

【００１６】また本発明は、回転駆動手段は、回転駆動
用モータを含み、検出手段は、回転駆動用モータの負荷
電流を検出するセンサと、センサの出力に応答し、検出
された負荷電流が予め定める電流値以上であるか、また
は時間変化率が予め定める時間変化率以上であるかをレ
ベル弁別するレベル弁別手段と、レベル弁別手段の出力
に応答し、検出された負荷電流が予め定める電流値以上
であるとき、または時間変化率が予め定める時間変化率
以上であるとき、第１状態から第２状態に、変化する変
化手段とを含むことを特徴とする。

【００１７】また本発明は、検出手段は、（ａ）第１状
態と第２状態とを、回転子の直進駆動手段による移動量
によって、または回転子と被接合物とのテレビカメラに
よる画像によって、検出するセンサと、（ｂ）センサの
出力に応答し、第１状態から第２状態に変化する変化手
段とを含むことを特徴とする。

【００１８】また本発明は、検出手段は、回転子の直進
駆動手段による時間経過を計測する時間計測手段と、時
間計測手段の出力に応答し、第１状態から第２状態に変
化する変化手段とを含むことを特徴とする。

【００１９】本発明に従えば、センサによって、回転駆
動用モータの負荷電流、したがって出力トルクを検出
し、その出力トルクに対応する負荷電流が予め定める電
流値以上であり、またはその負荷電流の時間変化率が予
め定める時間変化率以上であることを、レベル弁別手段
によってレベル弁別し、これによってショルダ部が被接
合物に接触したことを検出し、回転子の回転速度または
押圧力を変化手段によって変化し、自動的な摩擦撹拌接
合を、迅速に行うことができるようになる。

【００２０】検出手段はまた、テレビカメラによって回
転子と被接合物との接合状態を撮像し、その画像処理を
行ってもよく、あるいはまたタイマなどの時間計測手段
を用い、ショルダ部が被接合物に接触したことを検出す
るようにしてもよい。

【００２１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
摩擦撹拌接合の状態を示す簡略化した断面図である。回
転子２１が回転駆動され、図１の上下に重ね合わされた
金属製被接合物２２，２３が摩擦撹拌接合されてスポッ
ト接合される。スポット接合は、回転子２１の軸線に垂
直方向に進行することなくその軸線に沿って移動して、
被接合物を接合する。

【００２２】図２は、本発明の実施の一形態の摩擦撹拌
接合装置２４の簡略化した断面図である。被接合物２
２，２３は、定盤２５に乗載されて固定される。この定
盤２５と固定的に設けられる装置本体２６には、回転駆
動手段２７が設けられ、この回転駆動手段２７によって
回転子２１は、その鉛直軸線２８まわりに回転駆動され
る。回転子２１は、直進駆動手段２９によって軸線２８
に沿って図２の上下に直進移動可能である。

【００２３】図３は、図２に示される摩擦撹拌接合装置
２４の電気的構成を示すブロック図である。回転駆動手
段２７は、回転駆動用モータ３１を備え、また直進駆動
手段２９は、直進駆動用モータ３２を備える。マイクロ
コンピユータなどによって実現される処理回路３３に
は、回転駆動用モータ３１の負荷電流を検出する検出手
段３４からの出力が与えられる。

【００２４】再び図１を参照して、回転子２１は、被接
合物２２，２３に向けて突出した直円柱状のピン３６
と、このピン３６の基端部が一体的に設けられる先端部
３７とを有する。ピン３６と先端部３７とは、軸線２８
上に各軸線を有する。先端部３７は、直円柱状である。
この先端部３７のピン３６に臨む図１の下方の端面は、
ショルダ部３８を形成する。

【００２５】図４は、図１〜図３に示される摩擦撹拌接
合装置２４の動作を説明するためのタイムミングチャー
トである。被接合物２２，２３の摩擦撹拌接合にあたっ
て、図４の時刻ｔ１以前では、回転子２１の上下方向の
位置は、図４（１）に示されるとおりであり、このとき
前述の図１（１）に示されるように回転子２１は被接合
物２２，２３の上方にある。回転駆動用モータ３１の検
出手段３４によって検出される負荷電流は、図４（２）
に示されるとおりであって、比較的低い値である。この
負荷電流は、回転駆動用モータ３１の出力トルクに対応
する。回転駆動用モータ３１、したがって回転子２１の
回転速度は、図４（３）に示されるとおりであり、時刻
ｔ１では、回転が停止している。直進駆動用モータ３２
を備える直進駆動手段２９によって、回転子２１と被接
合物２２，２３との相互間に、図４（４）に示される加
圧力が作用される。

【００２６】図５は図３に示される処理回路３３の動作
を説明するためのフローチャートである。図５のステッ
プａ１において、図４の時刻ｔ１では、回転駆動用モー
タ３１を含む回転駆動手段２７によって回転子２１をそ
の軸線２８まわりに回転駆動することを、図１（１）の
休止位置の状態から開始し、このとき回転速度Ｖ１は比
較的高い値である。直進駆動手段２９によって回転子２
１を被接合物２２，２３に向けて直進移動して下降して
ゆく。

【００２７】図５のステップａ２では、検出手段３４に
よって検出される図４（２）の負荷電流、したがって回
転駆動用モータ３１の出力トルクＴが、予め定める値Ｔ
ｐを超える値であるか（Ｔ＞Ｔｐ）が、判断される。図
４の時刻ｔ２において図１（２）に示されるように回転
子２１のピン３６が被接合物２２の表面に接触したと
き、回転駆動用モータ３１の負荷電流に対応する出力ト
ルクＴが、予め定める負荷電流の値に対応する出力トル
クＴｐを超える。これによってピン３６が最上部の被接
合物２２の表面に接触したことが、ステップａ３におい
て判断される。時刻ｔ１〜ｔ２の期間はＷ０で示され
る。

【００２８】直進駆動手段２９によって、回転子２１が
さらに直進移動されてゆき、ステップａ４では、検出手
段３４によって検出される回転駆動用モータ３１の負荷
電流に対応する出力トルクＴが、予め定める負荷電流に
対応する出力トルクＴｓを超えたかどうか（Ｔ＞Ｔｓ、
ただしＴｓ＞Ｔｐ）が判断される。図４の時刻ｔ３にお
いて回転子２１のショルダ部３８が最上部の被接合物２
２の表面に接触すると、検出手段３４によって検出され
る回転駆動用モータ３１の負荷電流は、予め定める出力
トルクＴｓに対応する負荷電流値を超える。このことが
ステップａ４で判断されると、次のステップａ５では、
ショルダ部３８が被接合物２２の表面に接触したことが
判断される。時刻ｔ２〜ｔ３の期間はＷ１で示される。

【００２９】そこでステップａ６では、時刻ｔ３以降に
おいて、図４（３）に示されるように回転駆動用モータ
３１による回転子２１の回転速度を、回転子２１と被接
合物２２，２３との摩擦撹拌によって生じた摩擦熱で軟
化した部分が撹拌されて接合されるのに適した回転速度
Ｖ２（ただしＶ１＞Ｖ２）に変更して設定する。直進駆
動手段２９の直進駆動用モータ３２は、時刻ｔ３以降、
停止し、または駆動され、回転子２１と被接合物２２，
２３との押圧力Ｐ２は、時刻ｔ２〜ｔ３における押圧力
Ｐ１未満の適切な値に設定される（Ｐ１＞Ｐ２）。

【００３０】図５のステップａ７では、時刻ｔ３以降の
撹拌の施工時間が、予め定める値Ｗ２に到達することが
判断されると、その時刻ｔ４において、直進駆動用モー
タ３２を逆方向に回転し、図４（１）に示されるように
回転子２１を図１（５）に示されるように被接合物２
２，２３から離間して上昇させる。この回転子引抜き時
には、回転子２１は前のステップの回転速度、すなわち
接合されるのに適した回転送度Ｖ２で回転する。こうし
て時刻ｔ５において、回転子２１は時刻ｔ１以前と同様
な休止位置に到達したとき、ステップａ８では、時刻ｔ
１からの期間Ｗ０，Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３にわたる時刻ｔ５
までの摩擦撹拌接合の全ての施工を終了する。

【００３１】図６は、本件発明者の実験結果を示すグラ
フである。図６の実験が行われた条件は、表１に示すと
おりである。

【００３２】

【表１】

【００３３】図６において、参照符４１は、本件発明者
の実験結果を示し、参照符４２は従来からの施工例であ
る比較例１を示す。図６に示される実施例１によれば、
ピン３６が被接合物２２に接触（ｔ２）してからショル
ダ部３８が被接合物２２に接触する（ｔ３）までのピン
貫入時間Ｗ１を短縮することができるとともに、摩擦接
合強度である引張せん断強度を比較例１と同じにできる
ことが本件発明者によって確認された。すなわち本発明
によればピン貫入時間Ｗ１を短くすることによって接合
動作時間（Ｗ１＋Ｗ２）ならびに摩擦接合に係る施工時
間（Ｗ０＋Ｗ１＋Ｗ２＋Ｗ３）を短縮することができる
とともに、摩擦接合強度が充分に維持することができる
ことが確認された。表１に示すように、本発明の実施例
は、１回の接合動作時間は、比較例に比べて１．５秒短
縮することが確認された。したがって連続して複数箇所
にスポット接合が行われる場合には、接合箇所の増加と
ともに、施工時間をより短縮することができ、スポット
接合に特に良好に用いることができる。

【００３４】図７は、本発明の実施の他の形態の簡略化
した側面図である。この実施の形態では、前述の図１〜
図６に関連して前述した摩擦撹拌接合装置２４は、複数
（たとえば６）軸の産業用ロボット１の手首２に連結さ
れ、この摩擦撹拌接合装置２４を、ロボット１によっ
て、希望する接合位置にもたらし、その手首２の位置を
一時的に固定したままで、前述の図１〜図７に関連して
述べたように、摩擦撹拌接合動作を行う。このロボット
１のアームおよび手首２の動作は、図３に示される入力
手段３の操作によって教示し、この教示内容をメモリ４
にストアしておき、そのメモリ４のストア内容を読出す
ことによって、再生動作することができる。

【００３５】図８は、本発明の実施の他の形態の処理回
路３３の動作を説明するためのフローチャートである。
上述した摩擦攪拌接合装置２４は、ショルダ部３８が被
接合物２２の最上部の表面に接触したことを検出し、回
転子２１の回転速度および押圧力を変更したが、他の状
態を検出して回転子２１の回転速度および押圧力を変更
してもよく、被接合物が複数枚重ねられる場合、回転子
２１が被接合物の境界付近を押圧したとき、回転速度お
よび押圧力を変更してもよい。たとえば、重ねられた２
枚の被接合物のうち、上板２２と下板２３の境界付近に
ピン３６が到達したときに回転子２１の回転速度および
押圧力が変更される。

【００３６】図８に示す本発明の実施の他の形態の処理
回路３３の動作は、図５に示す動作と類似しており、同
様のステップについては、説明を省略する。図８のステ
ップｂ１では、休止位置の状態から回転子２１が回転す
るとともに、被接合物に向けて直進移動し、ステップｂ
２〜ステップｂ３では、図５のステップａ１〜ステップ
ａ３と同一の動作が行われる。ステップｂ４では、直進
駆動手段２９によって回転子２１がさらに直進移動さ
れ、上板２２の表面からピン３６の先端面までの距離で
ある押込量Ｌが上板２２の板厚相当の距離Ｌｓを超える
値であるか（Ｌ＞Ｌｓ）が判断される。押込量Ｌは、ス
テップｂ２でピン３６が上板２２の表面に接触したと判
断されたときから、回転子２１の移動量を検出すること
によって得られる。この移動量は、たとえば測距センサ
を用いて、または直進駆動用モータの制御信号に基づい
て求められる。このように押込量Ｌが上板２２の板厚相
当の距離Ｌｓを超えたとステップｂ４で判断されると、
次のステップｂ５では、ピン３６が上板２２を貫通し、
ピン３６が下板２３に接触したことが判断される。

【００３７】そこでステップｂ６では、回転子２１の回
転速度および押圧力が図５のステップａ６と同様に前の
ステップｂ５までの回転速度Ｖ１および押圧力Ｐ１より
も低い回転速度Ｖ２および押圧力Ｐ２に変更して設定さ
れる。以降のステップｂ７〜ステップｂ８は、図５のス
テップａ７〜ステップａ８と同様に動作される。

【００３８】上述したように、ツールの先端であるピン
３６が上板２２と下板２３との境界付近に到達したとき
に回転子２１の回転速度および押圧力を変更しても図５
に示す動作と同様に、施工時間を短縮することができる
とともに、接合された被接合物の引張せん断強度が、充
分に維持される。

【００３９】前述の実施の形態では、検出手段３４は回
転駆動用モータ３１の負荷電流を検出し、こうして検出
された負荷電流が、図４（２）に示されるように出力ト
ルクＴｐ，Ｔｓにそれぞれ対応する電流値によって、図
５のステップａ２，ａ４でレベル弁別するように構成さ
れたけれども、本発明の実施の他の形態では、検出手段
３４によって検出される負荷電流が電流の時間変化率
が、時刻ｔ２の前後および時刻ｔ３の前後で変化するこ
とに基づいて、予め定める各時間変化率以上であるかど
うかを判断してレベル弁別するように構成してもよい。
本発明の実施のさらに他の形態では、前述の検出手段３
４に代えて、回転子２１の直進駆動手段２９による移動
量を移動量検出手段７によって検出し、時刻ｔ２，ｔ３
の各状態を検出するようにしてもよい。移動量検出手段
７は、たとえば直進駆動用モータ３２の移動量を表す信
号を検出し、移動量を判断してもよい。

【００４０】さらに本発明の実施の他の形態では検出手
段３４に代えて、回転子２１と被接合物２２，２３とを
テレビカメラ８によって撮像して検出し、その画像処理
によって、回転子２１と被接合物２２，２３との時刻ｔ
２，ｔ３の各状態を検出するようにしてもよい。さらに
本発明の実施の他の形態では、検出手段３４に代えて、
タイマである時間計測手段９が設けられ、これによって
回転子２１の直進駆動手段２９による時刻ｔ１からの各
時間経過を計測し、時刻ｔ２，ｔ３の各状態を検出する
ようにしてもよい。

【００４１】また本発明の実施の形態では、回転子２１
の回転速度および押圧力を２段階に変化させたが、多段
階たとえば３段階に変化させてもよい。第１段階として
ショルダ部３８が被接合物２２に当接するまで、回転子
２１の条件として高回転速度でかつ高押圧力に設定さ
れ、第２段階としてショルダ部３８が被接合物２２に当
接したときに、被接合物２２への進行を一次停止した状
態で高回転速度で回転子２１が回転し、予め定められる
時間が経過した後第３段階に進み、第３段階として第１
および第２段階よりも回転子２１の条件として低回転速
度でかつ低押圧力に設定してもよい。第２段階でショル
ダ部３８が被接合物２２に当接した状態で進行せずに回
転することによって摩擦熱による軟化部分を増加させて
より良好な攪拌接合を行うことができる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、回転子と被接合物との
押圧接触中に、回転速度または押圧力、したがって移動
速度を変化するようにしたので、摩擦撹拌接合に必要な
時間を短縮し、迅速な摩擦撹拌接合を行うことができる
ようになる。

【００４３】また検出手段によって回転駆動用モータの
負荷電流、したがって出力トルクの値、その時間変化率
を検出し、テレビカメラによって回転子と被接合物とを
撮像して画像処理を行い、さらにまたタイマなどの時間
計測手段によって回転子の直進移動量を検出して、回転
速度および押圧力の少なくともいずれか一方の変化を、
自動的に行うことかできるようになる。これによって被
接合物の材質、板厚などの変化に応じて手動で回転速度
および押圧力を切換える必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の摩擦撹拌接合の状態を
示す簡略化した断面図である。

【図２】本発明の実施の一形態の摩擦撹拌接合装置２４
の簡略化した断面図である。

【図３】図２に示される摩擦撹拌接合装置２４の電気的
構成を示すブロック図である。

【図４】図１〜図３に示される摩擦撹拌接合装置２４の
動作を説明するためのタイムミングチャートである。

【図５】図３に示される処理回路３３の動作を説明する
ためのフローチャートである。

【図６】本件発明者の実験結果を示すグラフである。

【図７】本発明の実施の他の形態の簡略化した側面図で
ある。

【図８】本発明の実施の他の形態の処理回路３３の動作
を説明するためのフローチャートである。

【符号の説明】

１ 産業用ロボット ２ 手首 ３ 入力手段 ４ メモリ ７ 移動量検出手段 ８ テレビカメラ ９ 時間計測手段 ２１ 回転子 ２２，２３ 被接合物 ２４ 摩擦撹拌接合装置 ２５ 定盤 ２６ 装置本体 ２７ 回転駆動手段 ２８ 軸線 ２９ 直進駆動手段 ３１ 回転駆動用モータ ３３ 処理回路 ３４ 検出手段 ３６ ピン ３７ 先端部 ３８ ショルダ部 ｔ１〜ｔ５ 時刻

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速回転する回転子と被接合物とを相互
   に押圧し、回転子と被接合物との摩擦熱によって、被接
   合物を部分的に軟化させ、軟化部分を撹拌して被接合物
   を接合する摩擦撹拌接合方法において、 回転子と被接合物との摩擦撹拌状態を検出し、この検出
   結果に基づいて、摩擦撹拌動作が進行するにつれて、回
   転子の回転速度を、低くし、または回転子と被接合物と
   の押圧力を、低くすることを特徴とする摩擦撹拌接合方
   法。
2. 【請求項２】 回転子は、ショルダ部と、ショルダ部か
   ら被接合物に向って突出したピンとを有し、 ピンのみが被接合物に押圧接触している状態に比べて、
   ショルダ部が被接合物に押圧接触している状態では、前
   記回転速度を、低くし、または前記押圧力を、低くする
   ことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合方法。
3. 【請求項３】 高速回転する回転子と被接合物とを相互
   に押圧し、回転子と被接合物との摩擦熱によって、被接
   合物を部分的に軟化させ、軟化部分を撹拌して被接合物
   を接合する摩擦撹拌接合方法において、 被接合物は、複数枚重ねられており、回転子が最上部の
   被接合物の表面または、重ねられた表面の境界付近を押
   圧接触したことを検出し、この検出結果に基づいて摩擦
   撹拌動作が進行するにつれて、回転子の回転速度、また
   は回転子と被接合物との押圧力を、低くすることを特徴
   とする摩擦攪拌接合方法。
4. 【請求項４】 摩擦攪拌接合は、スポット接合であるこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の摩
   擦攪拌接合方法。
5. 【請求項５】 高速回転する回転子を被接合物に押圧
   し、回転子と被接合物との摩擦熱によって、被接合物を
   部分的に軟化させ、軟化部分を撹拌して被接合物を接合
   する摩擦撹拌接合装置において、 回転子を、その軸線まわりに回転速度可変に駆動する回
   転駆動手段と、 回転子を、その軸線方向に移動する直進駆動手段と、 回転子と被接合物との押圧接触している状態を検出する
   検出手段と、 検出手段の出力に応答し、前記出力に基づいて摩擦撹拌
   動作が進行するにつれて、回転駆動手段による回転速
   度、または直進駆動手段による押圧力を低下する制御手
   段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
6. 【請求項６】 回転子は、ショルダ部と、ショルダ部か
   ら被接合物に向って突出したピンとを有し、 検出手段は、 ピンのみが被接合物に押圧接触している第１状態と、 ショルダ部が被接合物に押圧接触している第２状態とを
   検出し、 制御手段は、 第１状態に比べて第２状態では、前記回転速度を、低く
   し、または前記押圧力を、低くすることを特徴とする請
   求項５記載の摩擦撹拌接合装置。
7. 【請求項７】 回転駆動手段は、回転駆動用モータを含
   み、 検出手段は、回転駆動用モータの負荷電流を検出するセ
   ンサと、 センサの出力に応答し、検出された負荷電流が予め定め
   る電流値以上であるか、または時間変化率が予め定める
   時間変化率以上であるかをレベル弁別するレベル弁別手
   段と、 レベル弁別手段の出力に応答し、検出された負荷電流が
   予め定める電流値以上であるとき、または時間変化率が
   予め定める時間変化率以上であるとき、第１状態から第
   ２状態に、変化する変化手段とを含むことを特徴とする
   請求項６記載の摩擦撹拌接合装置。
8. 【請求項８】 検出手段は、 （ａ）第１状態と第２状態とを、 回転子の直進駆動手段による移動量によって、または 回転子と被接合物とのテレビカメラによる画像によっ
   て、検出するセンサと、 （ｂ）センサの出力に応答し、第１状態から第２状態に
   変化する変化手段とを含むことを特徴とする請求項６記
   載の摩擦撹拌接合装置。
9. 【請求項９】 検出手段は、 回転子の直進駆動手段による時間経過を計測する時間計
   測手段と、 時間計測手段の出力に応答し、第１状態から第２状態に
   変化する変化手段とを含むことを特徴とする請求項６記
   載の摩擦撹拌接合装置。
10. 【請求項１０】 高速回転する回転子を被接合物に押圧
    し、回転子と被接合物との摩擦熱によって、被接合物を
    部分的に軟化させ、軟化部分を撹拌して被接合物を接合
    する摩擦撹拌接合装置において、 回転子を、その軸線まわりに回転速度可変に駆動する回
    転駆動手段と、 回転子を、その軸線方向に移動する直進駆動手段と、 被接合物は、複数枚重ねられており、回転子が、最上部
    の被接合物の表面または、重ねられた被接合物の境界付
    近を押圧接触した状態を検出する検出手段と、 検出手段の出力に応答し、前記出力に基づいて摩擦撹拌
    動作が進行するにつれて回転駆動手段による回転速度、
    または直進駆動手段による押圧力を低下する制御手段と
    を含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
11. 【請求項１１】 摩擦攪拌接合は、スポット接合である
    ことを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１つに記載
    の摩擦攪拌接合装置。