JP2004017128A - 摩擦撹拌接合装置および加工装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ロボットアームを用いて複雑な被接合物であっても、摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置を提供する。
【解決手段】各回転子３１ａ，３１ｂによって、被接合物５１を連続接合する場合、回転子３１ａ，３１ｂは、進行方向３８に対して反対方向に被接合物５１から反力Ｆ１１，Ｆ１４を受ける。各回転子３１ａ，３１ｂは、進行方向駆動手段３６によって、各回転子３１ａ，３１ｂの被接合物５１から受ける反力Ｆ１１，Ｆ１４が、相互に打ち消しあうように変位駆動される。これによって基台３３において、各回転子３１ａ，３１ｂを介して被接合物５１から与えられる複数の反力Ｆ１１，Ｆ１４が互いに打ち消される。これによって基台３３を支持するロボットアーム３２が基台３３から受ける力を小さくすることができ、ロボットアーム３２を用いて、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。
【選択図】 図１
【解決手段】各回転子３１ａ，３１ｂによって、被接合物５１を連続接合する場合、回転子３１ａ，３１ｂは、進行方向３８に対して反対方向に被接合物５１から反力Ｆ１１，Ｆ１４を受ける。各回転子３１ａ，３１ｂは、進行方向駆動手段３６によって、各回転子３１ａ，３１ｂの被接合物５１から受ける反力Ｆ１１，Ｆ１４が、相互に打ち消しあうように変位駆動される。これによって基台３３において、各回転子３１ａ，３１ｂを介して被接合物５１から与えられる複数の反力Ｆ１１，Ｆ１４が互いに打ち消される。これによって基台３３を支持するロボットアーム３２が基台３３から受ける力を小さくすることができ、ロボットアーム３２を用いて、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば多関節ロボットに設けられ、被接合物を連続摩擦撹拌接合する際に好適に用いられる摩擦撹拌接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２２は、従来の摩擦撹拌接合装置１を示す斜視図であり、図２３は、回転子５を複数有する摩擦撹拌接合装置１を示す図である。摩擦撹拌接合装置１は、被接合物４の２つの被接合部材２，３を接合する装置であって、２つの被接合部材２，３の境界部分７を溶融して接合する。
【０００３】
摩擦撹拌接合装置１は、回転子５と、回転子５を回転させる回転モータ８と、回転子５を被接合物４に押付けるアクチュエータ９とを備えた接合手段１０と、接合手段１０を水平方向に移動させる移動手段１１と、被接合物４を保持するテーブル１２とを含む。
【０００４】
テーブル１２は、２つの被接合部材２，３を上下に重ねて保持する。移動手段１１は、テーブル１２の両側で、回転子５の回転軸線６に垂直な第１方向１３に沿って延びる一対の第１レール１４ａ，１４ｂと、テーブル１２を跨ぎ、一対の第１レール１４ａ，１４ｂに沿って走行する門型移動部１５とを有する。門型移動部１５は、回転軸線６および第１方向１３に対して直交する第２方向１６に延びる第２レール１７とを有する。接合手段１０は、第２レール１７に沿って走行し、門型移動部１５に支持される。
【０００５】
接合手段１０は、第２レール１７に沿って走行し、第２方向１３の所定位置に移動する。次に接合手段１０は、回転子５を回転させるとともに被接合部材２，３の接合部分に向かって移動させ、回転子５を一方の被接合部材２に回転接触させる。回転子５が被接合部材２に回転接触することによって、被接合部材２に摩擦熱が生じる。
【０００６】
摩擦熱によって被接合部材２が流動性を増し、回転子５は、被接合部材２に穿孔していく。回転子５が２つの被接合部材２，３の境界部分７を撹拌することによって２つの被接合部材２，３を接合する。この状態でさらに門型移動部１５とともに移動手段１０が第１方向１３に移動し、２つの被接合部材２，３の接合部分１８が、第１方向１３に連続して線状に形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図２２に示す従来の技術の摩擦撹拌接合装置１は、被接合物２，３をテーブル１２に乗載した状態で、連続摩擦撹拌接合を行う。したがって被接合部材２，３の形状が平面的でなく複雑である場合には、その被接合部材２，３の形状に特化したテーブル１２を備えた摩擦撹拌接合装置１を開発する必要があり、専用の治具および３次元的に移動する装置を開発する必要があり、設備費が非常に高くなる。
【０００８】
たとえば被接合部材２，３に突起および曲面に形成される場合には、被接合部材２，３の形状に応じたテーブル１２を設ける必要がある。また回転子が被接合物２に穿孔する方向を調整する必要がある。またテーブル１２に乗載した状態で、摩擦撹拌接合を行うので、テーブル１２に収まらない大きさの被接合部材２，３では、接合を行うことができないという問題がある。
【０００９】
連続摩擦撹拌接合を行う場合、線状の接合部分１８を形成するためには、回転子５を被接合物４に穿孔させた状態で、第１方向１３に移動させる必要がある。このとき回転子５は、第１方向１３に向かって進行し、被接合物から大きい反力を受ける。
【００１０】
図２２および図２３に示す摩擦撹拌接合装置１では、回転子５を有する接合手段１０が移動手段１１に支持されているので、回転子５を介して被接合物から与えられる大きい反力を支えることができる。しかし汎用型の多関節ロボットのロボットアームに上述する接合手段１０を設けた場合には、ロボットアームの剛性が低いので、被接合部材２，３から与えられる反力を受けとめることができないという問題がある。
【００１１】
すなわちテーブル１２を有する門型の摩擦撹拌接合装置１では、汎用性が低いという問題があり、また汎用性を得るために多関節ロボットを用いようとしても、剛性が不足して、摩擦撹拌接合装置に用いることができないという問題がある。
【００１２】
したがって本発明の目的は、ロボットアームを用いて複雑な被接合物であっても、摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロボットアームに設けられる基台と、
回転軸線まわりに回転自在にかつ回転軸線に交差する方向へ変位自在に、基台に設けられる複数の回転子と、
各回転子を回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
各回転子がその変位によって被接合物から受ける各反力が、相互に打ち消し合うように、各回転子を変位駆動する駆動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。
【００１４】
本発明に従えば、基台に設けられる回転子が、被接合物に当接した状態で回転駆動される。回転子が被接合物に当接しながら回転することによって、摩擦熱が発生する。被接合物は、摩擦熱によって部分的に流動性を増し、撹拌された部分が接合される。また被接合物に当接する回転子が、回転しながら回転軸線に交差する方向に変位することによって、被接合物の撹拌される部分が一方向に沿って延びる連続接合を行う。
【００１５】
回転子は、被接合物を連続接合する場合、被接合物の抵抗力に抗して回転軸線に交差する方向に変位駆動される。したがって回転子は、回転子の変位方向に対して反対方向に被接合物から反力が与えられる。これによって回転子を支持する基台は、回転子を介して被接合物から反力が与えられる。
【００１６】
基台には、回転子が複数設けられる。各回転子は、駆動手段によって、各回転子の被接合物から与えられる反力が、相互に打ち消しあうように変位駆動される。たとえば基台が２つの回転子を有する場合、互いの回転子は、駆動手段によって互いに反対方向に変位駆動される。これによって基台において、各回転子を介して被接合物から与えられる複数の反力が互いに打ち消される。したがって基台がロボットアームに与える力を小さくすることができる。これによってロボットアームは、被接合物から与えられる反力より小さい力で基台を支持することになり、ロボットアームを用いて、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。さらに２つの回転子によって同時に摩擦撹拌接合が行われるので、単位時間当たりに接合される接合部分を増やすことができる。
【００１７】
また本発明は、基台に連結され、固定位置に設けられる部材によって支持される支持手段をさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、支持手段が基台に連結されるので、基台は支持手段を介して固定位置に設けられる部材に支持される。連続摩擦撹拌接合時に、基台が固定位置に設けられる部材に支持されることによって、基台は、ロボットアームと支持手段との両方によって支持される。これによって、基台が外部に与える力をロボットアームと支持手段とで分割することができる。したがって基台において、被接合物から与えられる複数の反力が完全に打ち消されず、基台が外部に力を与えたとしても、基台が外部に与える力のうち、基台が支持手段に与えた力の残りの力が、ロボットアームに与えられる。これによって基台を支持するロボットアームが基台から受ける力をさらに小さくすることができる。
【００１９】
また本発明は、ロボットアームに設けられる基台と、
回転軸線まわりに回転自在にかつ回転軸線に交差する方向へ変位自在に、基台に設けられる回転子と、
基台に設けられ、回転子を回転軸線まわりに回転駆動するとともに、前記回転軸線に交差する方向へ変位駆動する駆動手段と、
基台に連結され、固定位置に設けられる固定部材によって支持される支持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。
【００２０】
本発明に従えば、基台に設けられる回転子が、被接合物に当接した状態で回転駆動される。回転子が被接合物に当接しながら回転することによって、摩擦熱が発生する。被接合物は、摩擦熱によって部分的に流動性を増し、撹拌された部分が溶融接合される。また被接合物に当接する回転子が、回転しながら回転軸線に交差する方向に変位することによって、被接合物の撹拌される部分が一方向に沿って延びる連続接合を行う。
【００２１】
回転子は、被接合物を連続接合する場合、被接合物の抵抗力に抗して回転軸線に交差する方向に変位駆動される。したがって回転子は、回転子の変位方向に対して反対方向に被接合物から反力が与えられる。これによって回転子を支持する基台は、回転子を介して被接合物から反力が与えられる。
【００２２】
基台には、ロボットアームと支持手段との両方で支持されているので、基台が外部に与える力をロボットアームと支持手段とで分割することができる。したがって基台が、被接合物から与えられた反力を受けて、外部に力を与えたとしても、基台が外部に与える力のうち、基台が支持手段に与えた力の残りの力が、ロボットアームに与えられる。これによって基台を支持するロボットアームが基台から受ける力を小さくすることができる。これによってロボットアームを用いて、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。
【００２３】
また本発明は、回転子は、回転軸線方向へ変位自在に基台に設けられ、
支持手段は、被接合物に回転子と反対側から当接され、被接合物を支持する受け台を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、被接合物に回転子と反対側から当接し被接合物を支持する受け台が設けられる。いいかえると受け台は、逆に被接合物によって支持される。回転子は、回転軸線方向に沿って移動し、被接合物を押圧して被接合物を厚み方向に穿孔し、穿孔した部分付近を撹拌して、より確実に被接合物を接合する。摩擦撹拌接合装置の基台は、たとえばＣ字状に形成され、いわゆるＣガンタイプに形成される。
【００２５】
回転子は、被接合物を厚み方向に穿孔する場合、被接合物の抵抗力に抗して回転軸線方向一方である第１方向に駆動される。したがって回転子は、第１方向に対して反対方向である第２方向に被接合物から反力が与えられる。また基台は、回転子を介して第２方向の反力が与えられる。第２方向の反力を受けた基台はその反力を、基台を支持する被接合物およびロボットアームに分割して与える。
【００２６】
したがって基台において、被接合物から与えられた反力を受けて、基台が外部に力を与えたとしても、基台が外部に与える力のうち、基台から被接合物に与えられた力の残りの力がロボットアームに与えられる。たとえば基台は、被接合物によって回転子が受けた第２方向の反力の大部分を、受け台を介して被接合物に回転子と反対側から与えることによって、ロボットアームには、回転軸線方向にほとんど力を受けることがない。
【００２７】
また本発明は、ロボットアームは、互いに直交する３軸方向へ少なくとも変位駆動されることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、ロボットアームは、３軸方向に少なくとも変位駆動されるので、被接合物が立体的な形状である場合、複雑な形状である場合および曲面形状を有する場合であっても、ロボットアームを変位させて摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００２９】
また本発明は、ロボットアームに設けられる基台と、
予め定める方向へ変位自在に、基台に設けられる複数の加工工具と、
各加工工具がその変位によって被加工物から受ける各反力が、相互に打ち消し合うように、各加工工具を変位駆動する駆動手段とを含むことを特徴とする加工装置である。
【００３０】
本発明に従えば、基台に設けられる加工工具が、被接合物を予め定める方向へ移動しながら被接合物を加工する場合、被接合物の抵抗力に抗して予め定める方向に変位駆動される。また加工工具は、加工工具の移動方向に対して反対方向に被接合物から反力を受ける。基台は、加工工具を介して被接合物から反力を受ける。
【００３１】
基台には、複数の加工工具が設けられ、各加工工具は、駆動手段によって、各加工工具の被接合物から受ける反力が、相互に打ち消しあうように変位駆動される。たとえば基台が２つの加工工具を有する場合、互いの加工工具は、駆動手段によって互いに反対方向に変位駆動される。これによって基台において、各加工工具を介して被接合物から与えられる複数の反力が互いに打ち消される。したがって基台を支持するロボットアームが基台から受ける力を、小さくすることができる。これによってロボットアームを用いて、被接合物の加工を良好に行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である摩擦撹拌接合装置３０の構成を示す斜視図であり、図２は、摩擦撹拌接合装置３０の構成を示す側面図である。摩擦撹拌接合装置３０は、互いに合わせられる２つの被接合部材の境界部分を、回転子３１ａ，３１ｂの回転による摩擦熱によって流動化させて接合する装置である。
【００３３】
摩擦撹拌接合装置３０は、ロボットアーム３２の先端に設けられる基台３３を備え、基台３３に間接的に２つの回転子３１ａ，３１ｂが設けられる。各回転子３１ａ，３１ｂは、互いの回転軸線３４ａ，３４ｂが平行に配置される。各回転子３１ａ，３１ｂは、各回転軸線３４ａ，３４ｂを平行に保った状態で、回転軸線３４ａ，３４ｂに垂直な一方向である進行方向３８および回転軸線３４ａ，３４ｂに沿って延びる軸線方向３９に変位駆動される。
【００３４】
基台３３には、各回転子３１ａ，３１ｂを回転軸線３４ａ，３４ｂまわりにそれぞれ個別に回転駆動する２つの回転駆動手段３５ａ，３５ｂと、各回転子３１ａ，３１ｂを軸線方向３９に個別に変位駆動する２つの軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂと、進行方向３８に回転子３１ａ，３１ｂをそれぞれ個別に変位駆動させる進行方向駆動手段３６とが設けられる。
【００３５】
回転子３１ａ，３１ｂごとに設けられる各回転駆動手段３５ａ，３５ｂおよび各軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂは、それぞれ同じ構成であり、一方の回転駆動手段３５ａおよび一方の軸線方向駆動手段４０ａについて説明し、他方の回転駆動手段３５ｂおよび他方の軸線方向駆動手段４０ｂについては、説明を省略する。
【００３６】
回転駆動手段３５ａは、回転子３１ａを回転可能に支持する軸受と、回転子３１ａを高速回転するための回転モータと、回転モータからの回転力を回転子３１ａに伝達する伝達部とを有する。回転子３１ａは、回転駆動手段３５ａの軸受内に収容され、先端が回転駆動手段３５ａから突出する。回転モータは、回転子３１ａを高速回転させ、回転子３１ａが被接合物に回転接触するときに、被接合物から受ける抵抗力に抗するトルクで回転子３１ａを回転駆動する。
【００３７】
軸線方向駆動手段４０ａは、軸線方向３９に沿って可動する軸線方向可動部分を有し、軸線方向可動部分を軸線方向３９に変位駆動する。軸線方向可動部分には、回転駆動手段３５ａが固定される。たとえば軸線方向可動部分は、リニアモータによって変位駆動される。
【００３８】
進行方向駆動手段３６は、進行方向３８に沿って可動する進行方向可動部分を２つ有し、進行方向可動部分を進行方向３８にそれぞれ個別に変位駆動する。各進行方向可動部分には、各軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂがそれぞれ固定される。たとえば進行方向可動部分は、リニアモータによって変位駆動される。
【００３９】
また基台３３は、周方向に両端部を有する略Ｃ字状に形成され、周方向一端部４１に進行方向駆動手段３６が固定される。進行方向駆動手段３６は、進行方向３８に沿って長手方向が延び、長手方向のほぼ中央部分で基台３３に固定される。したがって２つの進行方向可動部分は、基台３３に対して進行方向３８に沿って互いに近接離反する方向に移動する。
【００４０】
また基台３３の周方向他端部４２には、各回転子３１ａ，３１ｂに臨む位置に受け台４３が設けられる。受け台４３は、板状に形成され、各回転軸線３４ａ，３４ｂに対して垂直な受け面３７を有する。受け台４３は、進行方向３８に沿って長手方向が延び、長手方向のほぼ中央部分で基台３３の周方向他端部４２に固定される。また受け台４３は、互いの回転子３１ａ，３１ｂが最も離反する距離よりも長い長手方向寸法を有する。
【００４１】
摩擦撹拌接合装置３０は、押付け手段４４を有する。押付け手段４４は、進行方向駆動手段３６の長手方向中央部４５に固定され、受け台４３に向かって変位駆動される押付け棒４６と押付け棒４６の先端に設けられ、受け台４３に臨む押付け部材４７とを有する。押付け部材４７は、被接合物５１を受け台４３に向かって押付ける。
【００４２】
図３は、摩擦撹拌接合装置３０の構成を示すブロック図である。摩擦撹拌接合装置３０は、制御手段４８を有する。制御手段４８は、摩擦撹拌接合装置３０の各手段を制御する。制御手段４８は、ロボットアーム３２を駆動するロボットアーム駆動手段４９から信号を受けるとともに、各回転駆動手段３５ａ，３５ｂに各回転子３１ａ，３１ｂの回転駆動および停止を示す信号を与え、各回転駆動手段３５ａ，３５ｂから出力される信号を受ける。また制御手段４８は、各軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂの軸線方向可動部分の変位駆動および停止を示す信号を与え、各軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂから出力される信号を受ける。
【００４３】
また制御手段４８は、進行方向駆動手段３６の進行方向可動部分の変位駆動および停止を示す信号を与え、進行方向駆動手段３６から出力される信号を受ける。また制御手段４８は、押付け手段４４の押し棒４６の変位駆動および停止を示す信号を与え、押付け手段４４から出力される信号を受ける。
【００４４】
図４は、摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置３０の一部を拡大して示す斜視図であり、図５は、摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置３０の一部を示す断面図である。
【００４５】
互いに当接する境界部分５２，５３を有し、重なり合う２つの被接合部材４９，５０から成る被接合物５１が、摩擦撹拌接合時に各回転子３１ａ，３１ｂと受け台４３との間に配置される。各回転子３１ａ，３１ｂは、回転しながら、軸線方向３９に被接合物５１に向かって移動して、一方の被接合部材４９に接触する。各回転子３１ａ，３１ｂは、一方の被接合部材４９に接触した状態でさらに回転し、他方の被接合部材５０に向かって一方の被接合部材４９を押圧する。
【００４６】
接触した状態で回転子３１ａ，３１ｂが回転することによって、一方の被接合物５１と各回転子３１ａ，３１ｂとには、摩擦熱が発生する。
【００４７】
この摩擦熱により被接合部材４９の流動性が増し、各回転子３１ａ，３１ｂが一方の被接合部材４９を穿孔する。各回転子３１ａ，３１ｂは、穿孔を続けることによって、一方の被接合部材４９の境界部分５２を超えて、他方の被接合部材５０に当接する。各回転子３１ａ，３１ｂ付近の被接合部材４９，５０の部分は、撹拌され、互いの境界部分５２，５３がなくなり、一方の被接合部材４９と他方の被接合部材５０とを接続する接合部分が形成される。
【００４８】
さらに接合部分が形成された状態から、各回転子３１ａ，３１ｂが進行方向３８にそれぞれ移動することによって、進行方向３８に沿って連続的に線状に延びる接合部分５４ａ，５４ｂを形成することができる。
【００４９】
各回転子３１ａ，３１ｂは、進行方向３８に対して互いに逆方向に移動する。たとえば一方の回転子３１ａは進行方向一方３８Ａに移動し、他方の回転子３１は進行方向他方３８Ｂに移動する。言換えると各回転子３１ａ，３１ｂは、互いに進行方向３８に沿って近接または離反する方向に移動して、それぞれの接合部分５４ａ，５４ｂを形成する。
【００５０】
図６は、本発明の摩擦撹拌接合装置３０と比較例の摩擦撹拌接合装置１３０の一部を簡略化して示す断面図であり、図６（１）に本発明の摩擦撹拌接合装置３０を示し、図６（２）に比較例の接合装置１３０を示す。比較例の接合装置１３０は、摩擦撹拌接合装置３０に設けられる２つの回転子のうち、一方の回転子３１ｂおよび押付け手段４４がない構成であり、摩擦撹拌接合装置３０に対応する構成には、摩擦撹拌接合装置３０の参照符号に１００を追加して表わす。
【００５１】
比較例の装置１３０は、進行方向駆動手段１３６によって、回転子１３１ａを被接合物１５１に摩擦接触させた状態で、進行方向一方向１３８Ａへ押付ける。回転子１３１ａは、被接合物１５１に押付けられる押付け力Ｆ１に応じて、進行方向他方１３８Ｂへ向かう反力Ｆ２が、被接合物１５１から与えられる。
【００５２】
被接合物１５１が与える反力Ｆ２は、回転子１３１ａ，駆動回転手段１３５ａおよび軸線方向駆動手段１４０ａを介して、回転子１３１ａを間接的に支持する進行方向駆動手段１３６に伝わる。この力を伝達力Ｆ３とすると、進行方向駆動手段１３６を支持するためにロボットアーム１３２は、伝達力Ｆ３に対して、進行方向一方１３８Ａへ、伝達力Ｆ３と同じ絶対値のアーム支持力Ｆ４を与えつづける必要がある。したがってロボットアーム１３２には、被接合物１５１の反力Ｆ２とほぼ同じ絶対値のアーム支持力Ｆ４を基台３３に与える。
【００５３】
本発明の摩擦撹拌接合装置３０は、進行方向駆動手段３６によって、一方の回転子３１ａを、被接合物５１に摩擦接触させた状態で、進行方向一方向３８Ａへ押付ける。一方の回転子３１ａは、被接合物５１に押付けられる第１押付け力Ｆ１０に応じて、進行方向他方３８Ｂへ向かう第１反力Ｆ１１を、被接合物５１から与えられる。第１反力Ｆ１１は、回転子３１ａ，駆動回転手段３５ａおよび軸線方向駆動手段４０ａを介して、回転子３１ａを間接的に支持する進行方向駆動手段１３６に伝わる。この力を第１伝達力Ｆ１２とする。
【００５４】
また摩擦撹拌接合装置３０は、進行方向駆動手段３６によって、他方の回転子３５ｂを、被接合物５１に摩擦接触させた状態で、進行方向他方３８Ｂへ押付ける。他方の回転子３１は、被接合物５１に押付けられる第２押付け力Ｆ１３に応じて、進行方向一方３８Ａへ向かう第２反力Ｆ１５を、被接合物５１から与えられる。第２反力Ｆ１２は、回転子３１ｂ，駆動回転手段３５ｂおよび軸線方向駆動手段４０ｂを介して、回転子３１ｂを間接的に支持する進行方向駆動手段３６に伝わる。この力を第２伝達力Ｆ１５とする。
【００５５】
このように進行方向駆動手段３６は、第１伝達力Ｆ１２と第２伝達力Ｆ１５とを受ける。第１伝達力Ｆ１２と第２伝達力Ｆ１５とは、互いに反対方向の力であるので、進行方向駆動手段３６は、第１伝達力Ｆ１２と第２伝達力Ｆ１５と差の力を外部に与える。たとえば第１伝達力Ｆ１２が第２伝達力Ｆ１５より大きい場合、進行方向他方向３８Ｂへ、第１の伝達力Ｆ１２の絶対値から第２の伝達力Ｆ１５の絶対値を引いた伝達出力Ｆ２１を外部に与える。またたとえば第１伝達力Ｆ１２と第２伝達力の絶対値が同じ値であれば、進行方向駆動手段３６から外部に与える力がなくなり、基台４１からロボットアーム３２に与えられる進行方向３８の力をなくすることができる。仮に伝達出力Ｆ２１がゼロでない場合であっても、比較例の装置１３０に比べて、ロボットアーム３２が与えられる進行方向３８の力Ｆ２１を少なくさせることができる。
【００５６】
また摩擦撹拌接合装置３０は、押付け手段４４によって、予め定められる押圧力Ｆ２０で、押付け部材４７を被接合物５１に押付ける。この押圧力Ｆ２０が抗力として働き、基台４１から外部に進行方向２８に与える力に対する摩擦抵抗力Ｆ１７を生じる。これによって押付け手段４４は、基台４１を支持する支持手段となり、基台４１は、ロボットアーム３１と押付け手段４４とに支持される。
【００５７】
進行方向駆動手段３６から基台４１に与えられる伝達出力Ｆ２１は、ロボットアーム３２と、押付け手段４４とに分割されて与えられる。ロボットアーム３２は、基台３３が外部に与える伝達出力Ｆ２１のうち、押付け手段４４が摩擦抵抗力Ｆ１７として受けた残りの力を、アーム支持力Ｆ１９とし基台３３に与える。
【００５８】
したがってロボットアーム３２が受ける力は、伝達出力Ｆ２１よりも摩擦抵抗力Ｆ１７の分だけ少なくなる。仮に伝達出力Ｆ２１がゼロでなかった場合であっても、伝達出力Ｆ２１よりも押付け部材４７と被接合物５１との摩擦抵抗力Ｆ１７が大きい場合には、基台４１からロボットアーム３２に与えられる進行方向３８の力をなくすことができる。
【００５９】
また図２に示すように、基台４１が略Ｃ字状に形成されており、軸線方向駆動手段３５によって、回転子３１を予め定められる押付け力Ｆ３０で軸線方向一方３９Ａに被接合物５１に押付けた場合、回転子３１は、被接合物５１から軸線方向他方３９Ｂに反力Ｆ３１を与えられる。また反力Ｆ３１を与えられた基台３３は、被接合物５１から軸線方向他方３９Ｂに向かって、ロボットアーム３２および受け台４３に力を伝える。受け台４３は、軸線方向他方３９Ｂに与えられた力Ｆ３２を被接合物５１に与える。これによって被接合物５１からの反力を受け台４３が被接合物５１に与え、ロボットアーム３２が軸線方向に受ける力を少なくすることができる。
【００６０】
図７は、摩擦撹拌接合装置３０の動作を説明するための断面図であり、図８は、摩擦撹拌接合装置３０の動作を示すフローチャートである。ステップｓ０では、アームロボット３２によって、被接合物５１の予め定められる施工位置に各回転子３１ａ，３１ｂが位置決めされると、ステップｓ１に進み、連続摩擦撹拌接合動作が開始される。
【００６１】
ステップｓ１では、図７（１）に示すように、押付け手段４４によって、押付け部材４７を被接合物５１に向かって軸線方向一方３９Ａに変位駆動する。押付け部材４７が押圧力Ｆ３０で被接合物５１を押圧することによって、被接合物５１を押付け部材４７と受け台４３とで挟持する。このように被接合物５１と摩擦撹拌接合装置３０とを固定して、摩擦撹拌接合装置３０の設置が完了するとステップｓ２に進む。
【００６２】
ステップｓ２では、図７（２）に示すように、各回転駆動手段３５ａ，３５ｂによって、各回転子３１ａ，３１ｂをそれぞれ回転されるとともに、各軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂによって、各回転子３１ａ，３１ｂをそれぞれ軸線方向一方３９Ａに移動させ、被接合物５１に回転接触させて被接合物５１の摩擦熱による加熱を開始する。
【００６３】
ステップｓ３では、図７（３）に示すように、摩擦熱によって、被接合物５１の回転子付近の部分を流動化して、被接合物５１を撹拌し、被接合物５１を構成する２つの被接合部材４９，５０の境界部分５１，５２をそれぞれなくす。また各回転子３１ａ，３１ｂを回転させた状態で、２つの回転子３１ａ，３１ｂをそれぞれ進行方向２８に沿って互いに相反する方向に移動させ、進行方向２８に沿って延びる線状の接合部分を形成し、ステップｓ４に進む。
【００６４】
ステップｓ４では、図７（４）に示すように、各回転子３１ａ，３１ｂを進行方向２８に所定量移動させた後、各回転子３５ａ，３５ｂを軸線方向他方３９Ｂに移動させ、被接合物５１の加熱を停止し、ステップｓ５に進む。
【００６５】
ステップｓ５では、図７（５）に示すように、各回転子３１ａ，３１ｂの回転を停止し、押付け部材４７を軸線方向他方３９Ｂに移動させて、押付け部材４７と受け台４３による被接合物５１の挟持を解消し、ステップｓ６に進み、ステップｓ６で摩擦撹拌接合装置３０における摩擦撹拌接合動作を終了する。
【００６６】
以上のように摩擦撹拌接合装置３０によれば、基台３３に設けられる各回転子３１ａ，３１ｂが、被接合物５１に当接した状態で回転駆動される。各回転子３１ａ，３１ｂが被接合物５１に当接しながら回転することによって、摩擦熱が発生する。被接合物５１は、摩擦熱によって部分的に流動化して、流動化した部分が撹拌して接合される。また被接合物５１に当接する回転子３１ａ，３１ｂが、回転しながら進行方向２８に移動することによって連続接合を行う。
【００６７】
各回転子３１ａ，３１ｂは、進行方向駆動手段３６によって、各回転子３１ａ，３１ｂの被接合物５１から受ける反力Ｆ１１，Ｆ１４が、相互に打ち消しあうように変位駆動され、本実施の形態では、２つの回転子３１ａ，３１ｂが、進行方向２８に沿って、互いに相反する方向３８Ａ，３８Ｂに変位駆動される。これによって基台３３において、各回転子３１ａ，３１ｂを介して被接合物５１から与えられる複数の反力Ｆ１２，Ｆ１５が互いに打ち消される。
【００６８】
これによって、基台３３を支持するロボットアーム３２が基台から受ける力Ｆ２１を小さくすることができる。これによってロボットアーム３２を用いて、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。さらに２つの回転子によって同時に摩擦撹拌接合が行われるので、単位時間当たりに接合される接合部分を増やすことができる。
【００６９】
またロボットアーム３２が基台３３から受ける力Ｆ２１を小さくすることができる。これによって剛性が小さいロボットアーム３２であっても、十分に基台３３を支持することができる。したがって汎用ロボットに設けられるロボットアームを用いて連続摩擦撹拌接合を行うことができ、設備投資費を低減することができる。またロボットアーム３２を用いることによって、図２１および図２２に示す従来のテーブル型の摩擦撹拌接合装置１に比べて、複雑な形状の被接合物５１であっても連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００７０】
また支持手段である押付け手段４４が基台３３を支持することによって、基台３３は、ロボットアーム３２と押付け手段４４との両方によって支持される。これによって、基台３３が外部に与える力をロボットアーム３２と押付け手段４４とで分割することができる。したがって基台３３において、被接合物５１から与えられる複数の反力Ｆ１２，Ｆ１５が完全に打ち消されず、基台３３が外部に力を与えたとしても、基台３３が外部に与える力のうち、押付け手段４４が受けた力の残りの力を、ロボットアーム３２が受ける。これによって基台３３を支持するロボットアーム３２が基台３３から受ける力をさらに小さくすることができる。
これによって、２つの回転子３１ａ，３１ｂが被接合物５１から受ける反力にばらつきがある場合であっても、確実に基台３３を支持することができ、安定して連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００７１】
また回転子３１ａ，３１ｂに対して反対側から被接合物５１に当接し、被接合物５１を支持する受け台４３が設けられる。したがって基台３３において、被接合物５１から与えられた軸線方向の反力Ｆ３１を受けて、基台３３が外部に力を与えたとしても、基台３３は、被接合物５１によって回転子３１ａ，３１ｂが受けた軸線方向の反力Ｆ３１の大部分を、受け台４３を介して被接合物５１に回転子３１ａ，３１ｂと反対側から与える。これによってロボットアーム３２には、回転軸線方向３９にほとんど力を受けることがない。
【００７２】
ロボットアーム３２は、多関節ロボットであり、３軸方向に変位および３軸方向周りに角変位することによって、各回転子３１ａ，３１ｂの姿勢および位置を調整することができる。これによって被接合物５１が立体的な形状である場合であっても、複雑な形状である場合であっても、摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００７３】
また被接合物５１は、２枚の被接合部材４９，５０が重ならない場合であってもよく、たとえば一方の被接合部材４９と他方の接合部材５０とが隣接して並べられ、互いに隣接する境界部分を摩擦撹拌接合することもできる。
【００７４】
図９は、本発明の他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置２３０の構成一部を示す断面図である。摩擦撹拌接合装置２３０は、上述する摩擦撹拌接合装置３０と押付け部材４４がない以外は、同一の構成を示し、同一の構成については、同じ参照符号を示し、説明を省略する。上述するように、２つの回転子３１ａ，３１ｂが被接合物５１から受ける反力Ｆ１１，Ｆ１４が相互に打ち消しあうように、各回転子３１ａ，３１ｂを変位駆動させることによって、ロボットアーム２３が受ける進行方向３８の力Ｆ１６を、被接合物５１の反力Ｆ１１，Ｆ１４よりも小さくすることができる。また各回転子３１ａ，３１ｂが受ける各反力Ｆ１１，Ｆ１４の絶対値が等しい場合には、ロボットアーム２３は、連続撹拌接合時に軸線方向２８に受ける力Ｆ１６をゼロにすることができる。このように押付け部材４４がない構成であっても、ロボットアーム３２に与えられる力を小さくすることができる。
【００７５】
図１０は、摩擦撹拌接合装置２３０を示す側面図である。摩擦撹拌接合装置２３０は、ロボットアーム３２が移動することによって、被接合物５１の形状に応じて汎用的に摩擦撹拌接合を行うことができる。また上述する摩擦撹拌接合装置３０に比べて受け台４３が形成されないので、被接合物に接合可能な接合部分が制限されることがなく、被接合物５１の中央部であっても、被接合物５１の厚みが厚い場合であっても、連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００７６】
たとえば図１０（１）に示すように、接合部分が曲面である場合には、ロボットアーム３２が、回転軸線３４ａ，３４ｂを、接合部分の曲面に対して法線方向に延びるように位置決めすることによって、接合部分に垂直に各回転子３１ａ，３１ｂを穿孔させることができる。すなわち、接合部分の形状に合わせて、接合部分ごとに回転子３１ａ，３１ｂの向きを変えることができ、接合不良を防止することができる。またロボットアーム３２に接合部分の形状に合わせて位置決めするように予めプログラムすることによって、被接合物ごとに設備を変更する必要がない。
【００７７】
また図１０（２）に示すように、被接合物５１が立体的に形成される場合であっても、ロボットアーム３２が３次元的に順次移動することによって、鉛直方向および水平方向に配置される各接合部分に連続して連続摩擦撹拌接合を行うことができる。たとえば被接合物５１が大型であっても連続摩擦撹拌接合を行うことができる。また被接合物５１によって囲まれる内方空間２２７に、各回転子３１ａ，３１ｂを配置することができ、被接合物５１の内側から連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００７８】
たとえば本発明の摩擦撹拌接合装置３０は、被接合物５１が、航空機、鉄道車両および船舶などの外板およびフレームを構成する場合に被接合物５１を接合するために用いられる。図１０（１）および図１０（２）に示すように被接合物５１の形状に応じて、汎用的に摩擦撹拌接合を行うことができ、好適に用いることができる。
【００７９】
さらに各回転子３１ａ，３１ｂを支持するロボットアーム３２とは異なり、被接合物５１に回転子３１ａ，３１ｂと反対側から当接する受け台２２９を有する別のロボットアーム２２８を備えることによって、被接合物５１に対して、各回転子３１ａ，３１ｂと受け台２２９とによって被接合物５１を挟持することができ、より確実な連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００８０】
図１１は、本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置７３０を示す斜視図である。摩擦撹拌接合装置７３０は、図１に示す摩擦撹拌接合装置３０において、一方の回転子３１ｂがない以外は、同一の構成を示し、同一の構成については、同じ参照符号を示し、説明を省略する。
【００８１】
回転子３１ｂが、回転子３１ｂの進行方向３８Ｂに対して反対方向３８Ａに被接合物５１から反力Ｆ１４を受ける。基台３３には、ロボットアーム３２と押付け部材４４との両方で支持されているので、基台３３が外部に与える力をロボットアーム３３と押付け手段４７とで分割することができる。押付け手段４７が受けた力は、押付け部材４７と被接合物５１との間に働く摩擦抵抗力と釣合う。
【００８２】
したがって基台３３において、被接合物か５１から与えられた反力Ｆ１５を受けて、基台３３が外部に力を与えたとしても、基台３３が外部に与える力のうち、基台３３から押付け手段４４に与えられた力の残りの力を、ロボットアーム３２が受ける。これによって基台３３を支持するロボットアーム３２が基台３３から受ける力を小さくすることができる。これによってロボットアーム３２を用いて、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。
【００８３】
図１２は、本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置８３０を簡略化して示す正面図である。摩擦撹拌接合装置８３０は、図１に示す摩擦撹拌接合装置３０と同様の構成を有し、同様の構成については、説明を省略し、同様の参照符号を付す。摩擦撹拌接合装置８３０は、２つの回転子３１ａ，３１ｂを間接的に支持する基台３３を有する。基台３３には、各回転子３１ａ，３１ｂを回転軸線３４ａ，３４ｂまわりにそれぞれ個別に回転駆動する２つの回転駆動手段３５ａ，３５ｂと、各回転子３１ａ，３１ｂを軸線方向３９に個別に変位駆動する２つの軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂと、各回転子３１ａ，３１ｂを進行方向３８に個別に回転子３１ａ，３１ｂを変位駆動させる進行方向駆動手段３６ａ，３６ｂとが設けられる。
【００８４】
さらに基台３３には、一方の進行方向駆動手段３６ａと、他方の進行方向駆動手段３６ｂとをリンク状に連結する連結部３３ｃと、各保持部３３ａ，３３ｂを角変位させる基台角変位手段３３ｄとが設けられる。これによって２つの進行方向駆動手段３６ａ，３６ｂが基台角変位手段３３ｄによって互いに各変位することによって、一方の回転子３１ａの進行方向３８Ａと他方の回転子３１ｂの進行方向３８Ｂとの成す角度θ１を角変位可能となる。
【００８５】
これによって図１２に示すように、一方の回転子３１ａと他方の回転子３１ｂとがそれぞれ接合する接合面が互いに面一でなく、２つの接合面が角度θ２を有する場合であっても、その角度θ２に対応して、一方の回転子３１ａの進行方向３８Ａと他方の回転子３１ｂの進行方向３８Ｂとの成す角度θ１を各変位することができる。すなわち被接合物５１の接合面にあわせて連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００８６】
図１３は、本発明のさらに本発明の他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置６３０を示す斜視図であり、図１４は、摩擦撹拌接合装置６３０を簡略化して示す正面図である。摩擦撹拌接合装置６３０は、図１に示す摩擦撹拌接合装置３０と同様の構成を有し、同様の構成については説明を省略し、同様の参照符号を付す。
【００８７】
摩擦撹拌接合装置６３０は、２つの回転子３１ａ，３１ｂを間接的に支持する基台３３を有する。基台３３には、各回転子３１ａ，３１ｂを回転軸線３４ａ，３４ｂまわりにそれぞれ個別に回転駆動する２つの回転駆動手段３５ａ，３５ｂと、各回転子３１ａ，３１ｂを軸線方向３９に個別に変位駆動する２つの軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂと、各回転子３１ａ，３１ｂを進行方向３８に個別に回転子３１ａ，３１ｂを変位駆動させる進行方向駆動手段３６ａ，３６ｂとが設けられる。
【００８８】
さらに基台３３は、一方の進行方向駆動手段３６ａを支持する第１保持部３３ａと、他方の進行方向駆動手段３６ｂを支持する第２保持部３３ｂと、第１保持部３３ａおよび第２保持部３３ｂをリンク状に連結する連結部３３ｃと、各保持部３３ａ，３３ｂを角変位させる基台角変位手段３３ｄとを有する。
【００８９】
連結部３３ｃは、それぞれ第１保持部３３ａおよび第２保持部３３ｂをいずれか一方の回転軸線を含む仮想平面に沿って角変位可能に支持し、基台角変位手段３３ｄによって、回転子３１ａ，３１ｂの回転軸線３４ａ，３４ｂの延びる方向が変更される。
【００９０】
これによって図１４に示すように、被接合物５１が円筒曲面を有する場合であっても、各回転子３１ａ，３１ｂの回転軸線を円筒曲面の法線方向に延びるように角変位させることができ、被接合物５１の曲面にあわせて連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００９１】
図１５は、本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置３３０の構成を示す斜視図である。摩擦撹拌接合装置３３０は、ロボットアーム３３２の先端に設けられる基台３３３を備え、基台３３３に間接的に２つの回転子３３１ａ，３３１ｂが設けられる。各回転子３３１ａ，３３１ｂは、互いの回転軸線３３４ａ，３３４ｂが平行に配置され、各回転軸線３３４ａ，３３４ｂを平行に保った状態で、回転軸線３３４ａ，３３４ｂに各回転軸線３３４ａ，３３４ｂに沿って延びる軸線方向３３９に移動するとともに各回転軸線３３４ａ，３３４ｂに平行な中心軸線３３８を中心とする周方向３２９まわりに角変位する。
【００９２】
基台３３３には、各回転子３３１ａ，３３１ｂを回転軸線３３４ａ，３３４ｂまわりにそれぞれ個別に回転駆動する回転駆動手段３３５と、各回転子３１ａ，３１ｂを軸線方向３３９に変位駆動する軸線方向駆動手段３４０と、中心軸線３３８まわりに各回転子３３１ａ，３３１ｂを同時に角変位させる角変位駆動手段３３６とが設けられる。
【００９３】
図１６は、回転駆動手段３３５を示す断面図である。回転駆動手段３３５は、各回転子３３１ａ，３３１ｂを回転軸線まわりに回転させるための回転モータ３２８と、回転子３３１ａ，３３１ｂを回転可能に支持する各軸受３２６ａ，３２６ｂと、回転モータ３２８の回転力をそれぞれ２つの回転子３３１ａ，３３１ｂに伝達する伝達部３２５とを有する。また回転駆動手段３３５は、板状に形成される支持板３１８を有し、支持板３１８に回転モータ３２８および各軸受３２６ａ，３２６ｂとが固定される。
【００９４】
伝達部３２５は、たとえば回転モータ３２８に連結される駆動軸３２３と、駆動軸３２３に設けられる歯車３２４から、歯車３２２を介して回転力を伝達する複数の歯車軸３２１と、歯車軸３２１の回転力を、歯車３２０を介して回転子３３１ａ，３３１ｂに伝える従動軸３１９とを含んで構成される。
【００９５】
回転駆動手段３３５は、各歯車３２４，３２２，３２０を組合わせることによって、１つの回転モータ３２８を用いて、２つの回転子３１ａ，３１ｂを回転させることができる。
【００９６】
図１５に示すように、支持板３１８は、角変位駆動手段３３６と連結され、角変位駆動手段３３６は、支持板３１８を予め定められる中心軸線３３８まわりに回転する。これによって支持板３１８に固定される２つの回転子３１ａ，３１ｂを中心軸線３３８まわりに回転する。
【００９７】
また軸線方向駆動手段３４０は、たとえばリニアモータによって、軸線方向３３９に沿って可動する軸線方向可動部分を有し、軸線方向可動部分を軸線方向３９に変位駆動する。軸線方向可動部分には、支持板３１８および角変位駆動手段３３６が固定される。
【００９８】
摩擦撹拌接合装置３３０は、各回転子３３１ａ，３３１ｂを被接合物に回転接触させた状態で、角変位駆動手段３３６によって、中心軸線３３８まわりに支持板３１８を周方向一方３３８Ａに角変位させて、各回転子３３１ａ，３３１ｂを、ともに中心軸線３３８まわりに周方向３３８Ａに角変位させる。
【００９９】
図１７は、被接合物３５１に形成される接合部分を示す斜視図である。２つの回転子３３１ａ，３３１ｂが互いに中心軸線３３８まわりに角変位することによって、被接合物３５１には、中心軸線３３８を中心として円弧状に延び、中心軸線に垂直な一平面に対して対称な２つの接合部分３５４ａ，３５４ｂが形成される。
【０１００】
２つの回転子３３１ａ，３３１ｂは、微視的に見て互いに相反する方向に移動することになり、上述する摩擦撹拌接合装置３０と同様にロボットアーム３３２が被接合物３５１から受ける回転子３３１ａ，３３１ｂが周方向３３８Ａ，３３８Ｂの力を少なくすることができる。
【０１０１】
図１８は、本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置５３０を示す斜視図であり、図１９は、摩擦撹拌接合装置５３０の動作を簡略化して示す平面図である。摩擦撹拌接合装置５３０は、上述する摩擦撹拌接合装置３３０とほぼ同様の構成を示し、同一の構成については、同じ参照符号を示し、説明を省略する。摩擦撹拌接合装置５３０は、図１５に示す摩擦撹拌接合装置３３０に対して支持板５１８の構成が異なり、それ以外の構成は同一である。同一部分については、説明を省略し同一の参照符号を付す。
【０１０２】
支持板５１８は、伸縮自在に形成され、一方の回転子３３１ａを支持する第１支持部５１８ａと他方の回転子３３１ｂを支持する第２支持部５１８ｂとを有する。第１支持部５１８ａおよび第２支持部５１８ｂは、支持板５１８が伸長することによって、第１支持部５１８ａと第２支持部５１８ｂとが離反し、２つの回転子３３１ａ，３３１ｂの間の距離が大きくなる。また枝時板５１８が縮退することによって、第１支持部５１８ａと第２支持部５１８ｂとが近接し、２つの回転子３３１ａ，３３１ｂの間の距離が小さくなる。このように支持板５１８が伸縮することによって、２つの回転子３３１ａ，３３１ｂの距離を変化させることができる。これによって図１７に示す接合部分３３８Ａ，３３８Ｂの中心からの距離を変更することができる。
【０１０３】
図２０は、本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置４３０を示す斜視図であり、図２１は、摩擦撹拌接合装置４３０の動作を簡略化して示す平面図である。摩擦撹拌接合装置４３０は、上述する摩擦撹拌接合装置３３０とほぼ同様の構成を示し、同一の構成については、同じ参照符号を示し、説明を省略する。摩擦撹拌接合装置４３０は、図１５に示す摩擦撹拌接合装置３３０に対して支持板４１８および支持板４１８を角変位させる角変位駆動手段４３６の構成が異なり、それ以外の構成は同一である。同一部分については、説明を省略し同一の参照符号を付す。
【０１０４】
支持板４１８は、一方の回転子３３１ａを支持する第１支持部４１８ａと他方の回転子３３１ｂを支持する第２支持部４１８ｂとを有する。第１支持部４１８ａおよび第２支持部４１８ｂは、リンク状に形成され、第１支持部４１８ａの一端部と第２支持部４１８ｂの一端部とが互いに各角変位自在に連結される。角変位駆動手段４３６は、第１支持部４１８ａおよび第２支持部４１８ｂの少なくともいずれか一方を、中心軸線３３８まわりに角変位駆動させる。
【０１０５】
たとえば図２１（１）および図２１（２）に示すように、各回転子３３１ａ，３３１ｂを被接合物に回転接触させた状態で、角変位駆動手段４３６によって、中心軸線３３８まわりに第１支持部４１８ａおよび第２支持部４１８ｂを周方向に互いに相反する方向、すなわち第１支持部４１８ａを周方向一方４３８Ａに第２支持部４１８ｂを周方向他方４３８Ｂにそれぞれ変位させることによって、各回転子３３１ａ，３３１ｂがそれぞれ被接合物から受ける反力Ｆ４０，Ｆ４１のうち、互いに反対方向に作用する成分の力Ｆ４２，Ｆ４３が打ち消される。これによってロボットアーム３３２が基台３３３を支持する力Ｆ４４を小さくすることができる。
【０１０６】
上述する実施の形態は、本発明の例示に過ぎず発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえば２つの回転子３１ａ，３１ｂの回転方向は、互いに同じ方向でも異なる方向でもいずれの方向でもよい。また進行方向は、直線方向でなくてもよく、各回転子３１ａ，３１ｂが曲線状のレールに沿って進行方向に移動してもよい。
【０１０７】
また各回転子３１ａ，３１ｂごとに、回転駆動、軸線方向および進行方向駆動するそれぞれの駆動手段を有してもよく、また各回転子３１ａ，３１ｂをまとめて回転駆動、軸線方向および進行方向駆動するそれぞれの駆動手段を有してもよい。また回転子３１ａ，３１ｂの数は、２つに限定されず、複数であればよく、また回転子３１ａ，３１ｂの進行方向３８も、板力を打ち消しあう方向であれば翼に限定されない。
【０１０８】
またたとえば摩擦撹拌装置以外に、ロボットアームによって加工工具を支持し、被加工物から加工工具に反力を受ける装置において、本発明を用いることができる。すなわち、ロボットアームに設けられる基台と、複数の加工工具と、加工工具が被加工物から受ける反力を打ち消し合うように加工工具を変位駆動する駆動手段とを有することによって、加工工具が、加工工具の移動方向に対して反対方向に被接合物から反力を受けた場合であっても、基台において、各加工工具を介して被接合物から与えられる複数の反力が互いに打ち消されて、基台を支持するロボットアームが基台から受ける力を、小さくすることができる。これによってロボットアームを用いて、被接合物の加工を良好に行うことができる。たとえば加工装置として、ドリルおよびフライスなど加工工具を有する切削装置であってもよく、また他の切削以外の装置であってもよい。
【０１０９】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、連続摩擦撹拌接合時に被接合物から受ける反力が打ち消されるので、ロボットアームが基台から受ける力を小さくすることができる。これによって剛性が小さいロボットアームであっても、十分に基台を支持することができ、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。したがって汎用ロボットに設けられるロボットアームを用いて連続摩擦撹拌接合を行うことができ、設備投資を低減することができる。またロボットアームを用いることによって、従来のテーブル型の摩擦撹拌接合装置に比べて、複雑な形状の被接合物であっても連続摩擦撹拌接合を行うことができ、生産コストを低下させることができる。
【０１１０】
また請求項２記載の本発明によれば、固定部材とロボットアームによって基台を支持することによって、基台から受ける力を固定部材とロボットアームとで分割することができ、ロボットアームが基台から受ける力をより小さくすることができる。これによって、剛性が小さいロボットアームであっても、十分に基台を支持することができる。また確実に基台を支持することができ、被接合物からの各反力にばらつきがある場合であっても、安定して連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１１１】
請求項３記載の本発明によれば、固定部材とロボットアームによって基台を支持することによって、基台から受ける力を固定部材とロボットアームとで分割することができ、ロボットアームが基台から受ける力を小さくすることができる。これによって、剛性が小さいロボットアームであっても、十分に基台を支持することができる。また確実に基台を支持することができる。
【０１１２】
また請求項４記載の本発明によれば、ロボットアームと被接合物とによって基台を支持することによって、基台から受ける軸線方向の反力を被接合物とロボットアームとで分割することができ、ロボットアームが基台から受ける力を小さくすることができる。これによって、剛性が小さいロボットアームであっても、十分に基台を支持することができる。また確実に基台を支持することができる。
【０１１３】
また請求項５記載の本発明によればロボットアームは、３軸方向に少なくとも変位駆動されるので、被接合物が立体的な形状である場合、複雑な形状である場合および曲面形状を有する場合であっても、ロボットアームを変位させて摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１１４】
請求項６記載の本発明によれば、被接合物の加工時に被接合物から受ける反力が打ち消されるので、ロボットアームが基台から受ける力を小さくすることができる。これによって剛性が小さいロボットアームであっても、十分に基台を支持することができ、被接合物の加工を良好に行うことができる。したがって汎用ロボットに設けられるロボットアームを用いて被接合物の加工を行うことができ、設備投資を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である摩擦撹拌接合装置３０の構成を示す斜視図である。
【図２】摩擦撹拌接合装置３０の構成を示す側面図である。
【図３】摩擦撹拌接合装置３０の構成を示すブロック図である。
【図４】摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置３０の一部を拡大して示す斜視図である。
【図５】摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置３０の一部を示す断面図である。
【図６】本発明の摩擦撹拌接合装置３０と比較例の摩擦撹拌接合装置１３０を簡略化して示す断面図である。
【図７】摩擦撹拌接合装置３０の動作を説明するための断面図である。
【図８】摩擦撹拌接合装置３０の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置２３０の構成一部を示す断面図である。
【図１０】摩擦撹拌接合装置２３０を示す側面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置７３０を示す斜視図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置８３０を示す斜視図である。
【図１３】本発明のさらに本発明の他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置６３０を示す斜視図である。
【図１４】摩擦撹拌接合装置６３０を簡略化して示す正面図である。
【図１５】さらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置３３０の構成を示す斜視図である。
【図１６】回転駆動手段３３５を示す断面図である。
【図１７】被接合物３５１に形成される接合部分を示す斜視図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置５３０を示す斜視図である。
【図１９】摩擦撹拌接合装置５３０の動作を簡略化して示す平面図である。
【図２０】本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置４３０を示す斜視図である。
【図２１】摩擦撹拌接合装置４３０の動作を簡略化して示す平面図である。
【図２２】従来の摩擦撹拌接合装置１を示す斜視図である。
【図２３】被接合部材２，３の形状が複雑な場合の摩擦撹拌接合装置を示す図である。
【符号の説明】
３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０ 摩擦撹拌接合装置
３１ａ，３１ｂ，３３１ａ，３３１ｂ 回転子
３２ ロボットアーム
３３，３３３ 基台
３４ａ，３４ｂ，３３４ａ，３３４ｂ 回転子の軸線
３５ａ，３５ｂ，３３５ 回転駆動手段
３６ 進行方向駆動手段
３８ 進行方向
３９ 軸線方向
４０ａ，４０ｂ，３４０ 軸線方向駆動手段
４３ 受け台
４４ 押付け手段
５１ 被接合物
３３６ 角変位手段
３３８ 中心軸線
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば多関節ロボットに設けられ、被接合物を連続摩擦撹拌接合する際に好適に用いられる摩擦撹拌接合装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２２は、従来の摩擦撹拌接合装置１を示す斜視図であり、図２３は、回転子５を複数有する摩擦撹拌接合装置１を示す図である。摩擦撹拌接合装置１は、被接合物４の２つの被接合部材２，３を接合する装置であって、２つの被接合部材２，３の境界部分７を溶融して接合する。
【０００３】
摩擦撹拌接合装置１は、回転子５と、回転子５を回転させる回転モータ８と、回転子５を被接合物４に押付けるアクチュエータ９とを備えた接合手段１０と、接合手段１０を水平方向に移動させる移動手段１１と、被接合物４を保持するテーブル１２とを含む。
【０００４】
テーブル１２は、２つの被接合部材２，３を上下に重ねて保持する。移動手段１１は、テーブル１２の両側で、回転子５の回転軸線６に垂直な第１方向１３に沿って延びる一対の第１レール１４ａ，１４ｂと、テーブル１２を跨ぎ、一対の第１レール１４ａ，１４ｂに沿って走行する門型移動部１５とを有する。門型移動部１５は、回転軸線６および第１方向１３に対して直交する第２方向１６に延びる第２レール１７とを有する。接合手段１０は、第２レール１７に沿って走行し、門型移動部１５に支持される。
【０００５】
接合手段１０は、第２レール１７に沿って走行し、第２方向１３の所定位置に移動する。次に接合手段１０は、回転子５を回転させるとともに被接合部材２，３の接合部分に向かって移動させ、回転子５を一方の被接合部材２に回転接触させる。回転子５が被接合部材２に回転接触することによって、被接合部材２に摩擦熱が生じる。
【０００６】
摩擦熱によって被接合部材２が流動性を増し、回転子５は、被接合部材２に穿孔していく。回転子５が２つの被接合部材２，３の境界部分７を撹拌することによって２つの被接合部材２，３を接合する。この状態でさらに門型移動部１５とともに移動手段１０が第１方向１３に移動し、２つの被接合部材２，３の接合部分１８が、第１方向１３に連続して線状に形成される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
図２２に示す従来の技術の摩擦撹拌接合装置１は、被接合物２，３をテーブル１２に乗載した状態で、連続摩擦撹拌接合を行う。したがって被接合部材２，３の形状が平面的でなく複雑である場合には、その被接合部材２，３の形状に特化したテーブル１２を備えた摩擦撹拌接合装置１を開発する必要があり、専用の治具および３次元的に移動する装置を開発する必要があり、設備費が非常に高くなる。
【０００８】
たとえば被接合部材２，３に突起および曲面に形成される場合には、被接合部材２，３の形状に応じたテーブル１２を設ける必要がある。また回転子が被接合物２に穿孔する方向を調整する必要がある。またテーブル１２に乗載した状態で、摩擦撹拌接合を行うので、テーブル１２に収まらない大きさの被接合部材２，３では、接合を行うことができないという問題がある。
【０００９】
連続摩擦撹拌接合を行う場合、線状の接合部分１８を形成するためには、回転子５を被接合物４に穿孔させた状態で、第１方向１３に移動させる必要がある。このとき回転子５は、第１方向１３に向かって進行し、被接合物から大きい反力を受ける。
【００１０】
図２２および図２３に示す摩擦撹拌接合装置１では、回転子５を有する接合手段１０が移動手段１１に支持されているので、回転子５を介して被接合物から与えられる大きい反力を支えることができる。しかし汎用型の多関節ロボットのロボットアームに上述する接合手段１０を設けた場合には、ロボットアームの剛性が低いので、被接合部材２，３から与えられる反力を受けとめることができないという問題がある。
【００１１】
すなわちテーブル１２を有する門型の摩擦撹拌接合装置１では、汎用性が低いという問題があり、また汎用性を得るために多関節ロボットを用いようとしても、剛性が不足して、摩擦撹拌接合装置に用いることができないという問題がある。
【００１２】
したがって本発明の目的は、ロボットアームを用いて複雑な被接合物であっても、摩擦撹拌接合する摩擦撹拌接合装置を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロボットアームに設けられる基台と、
回転軸線まわりに回転自在にかつ回転軸線に交差する方向へ変位自在に、基台に設けられる複数の回転子と、
各回転子を回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
各回転子がその変位によって被接合物から受ける各反力が、相互に打ち消し合うように、各回転子を変位駆動する駆動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。
【００１４】
本発明に従えば、基台に設けられる回転子が、被接合物に当接した状態で回転駆動される。回転子が被接合物に当接しながら回転することによって、摩擦熱が発生する。被接合物は、摩擦熱によって部分的に流動性を増し、撹拌された部分が接合される。また被接合物に当接する回転子が、回転しながら回転軸線に交差する方向に変位することによって、被接合物の撹拌される部分が一方向に沿って延びる連続接合を行う。
【００１５】
回転子は、被接合物を連続接合する場合、被接合物の抵抗力に抗して回転軸線に交差する方向に変位駆動される。したがって回転子は、回転子の変位方向に対して反対方向に被接合物から反力が与えられる。これによって回転子を支持する基台は、回転子を介して被接合物から反力が与えられる。
【００１６】
基台には、回転子が複数設けられる。各回転子は、駆動手段によって、各回転子の被接合物から与えられる反力が、相互に打ち消しあうように変位駆動される。たとえば基台が２つの回転子を有する場合、互いの回転子は、駆動手段によって互いに反対方向に変位駆動される。これによって基台において、各回転子を介して被接合物から与えられる複数の反力が互いに打ち消される。したがって基台がロボットアームに与える力を小さくすることができる。これによってロボットアームは、被接合物から与えられる反力より小さい力で基台を支持することになり、ロボットアームを用いて、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。さらに２つの回転子によって同時に摩擦撹拌接合が行われるので、単位時間当たりに接合される接合部分を増やすことができる。
【００１７】
また本発明は、基台に連結され、固定位置に設けられる部材によって支持される支持手段をさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、支持手段が基台に連結されるので、基台は支持手段を介して固定位置に設けられる部材に支持される。連続摩擦撹拌接合時に、基台が固定位置に設けられる部材に支持されることによって、基台は、ロボットアームと支持手段との両方によって支持される。これによって、基台が外部に与える力をロボットアームと支持手段とで分割することができる。したがって基台において、被接合物から与えられる複数の反力が完全に打ち消されず、基台が外部に力を与えたとしても、基台が外部に与える力のうち、基台が支持手段に与えた力の残りの力が、ロボットアームに与えられる。これによって基台を支持するロボットアームが基台から受ける力をさらに小さくすることができる。
【００１９】
また本発明は、ロボットアームに設けられる基台と、
回転軸線まわりに回転自在にかつ回転軸線に交差する方向へ変位自在に、基台に設けられる回転子と、
基台に設けられ、回転子を回転軸線まわりに回転駆動するとともに、前記回転軸線に交差する方向へ変位駆動する駆動手段と、
基台に連結され、固定位置に設けられる固定部材によって支持される支持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。
【００２０】
本発明に従えば、基台に設けられる回転子が、被接合物に当接した状態で回転駆動される。回転子が被接合物に当接しながら回転することによって、摩擦熱が発生する。被接合物は、摩擦熱によって部分的に流動性を増し、撹拌された部分が溶融接合される。また被接合物に当接する回転子が、回転しながら回転軸線に交差する方向に変位することによって、被接合物の撹拌される部分が一方向に沿って延びる連続接合を行う。
【００２１】
回転子は、被接合物を連続接合する場合、被接合物の抵抗力に抗して回転軸線に交差する方向に変位駆動される。したがって回転子は、回転子の変位方向に対して反対方向に被接合物から反力が与えられる。これによって回転子を支持する基台は、回転子を介して被接合物から反力が与えられる。
【００２２】
基台には、ロボットアームと支持手段との両方で支持されているので、基台が外部に与える力をロボットアームと支持手段とで分割することができる。したがって基台が、被接合物から与えられた反力を受けて、外部に力を与えたとしても、基台が外部に与える力のうち、基台が支持手段に与えた力の残りの力が、ロボットアームに与えられる。これによって基台を支持するロボットアームが基台から受ける力を小さくすることができる。これによってロボットアームを用いて、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。
【００２３】
また本発明は、回転子は、回転軸線方向へ変位自在に基台に設けられ、
支持手段は、被接合物に回転子と反対側から当接され、被接合物を支持する受け台を有することを特徴とする。
【００２４】
本発明に従えば、被接合物に回転子と反対側から当接し被接合物を支持する受け台が設けられる。いいかえると受け台は、逆に被接合物によって支持される。回転子は、回転軸線方向に沿って移動し、被接合物を押圧して被接合物を厚み方向に穿孔し、穿孔した部分付近を撹拌して、より確実に被接合物を接合する。摩擦撹拌接合装置の基台は、たとえばＣ字状に形成され、いわゆるＣガンタイプに形成される。
【００２５】
回転子は、被接合物を厚み方向に穿孔する場合、被接合物の抵抗力に抗して回転軸線方向一方である第１方向に駆動される。したがって回転子は、第１方向に対して反対方向である第２方向に被接合物から反力が与えられる。また基台は、回転子を介して第２方向の反力が与えられる。第２方向の反力を受けた基台はその反力を、基台を支持する被接合物およびロボットアームに分割して与える。
【００２６】
したがって基台において、被接合物から与えられた反力を受けて、基台が外部に力を与えたとしても、基台が外部に与える力のうち、基台から被接合物に与えられた力の残りの力がロボットアームに与えられる。たとえば基台は、被接合物によって回転子が受けた第２方向の反力の大部分を、受け台を介して被接合物に回転子と反対側から与えることによって、ロボットアームには、回転軸線方向にほとんど力を受けることがない。
【００２７】
また本発明は、ロボットアームは、互いに直交する３軸方向へ少なくとも変位駆動されることを特徴とする。
【００２８】
本発明に従えば、ロボットアームは、３軸方向に少なくとも変位駆動されるので、被接合物が立体的な形状である場合、複雑な形状である場合および曲面形状を有する場合であっても、ロボットアームを変位させて摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００２９】
また本発明は、ロボットアームに設けられる基台と、
予め定める方向へ変位自在に、基台に設けられる複数の加工工具と、
各加工工具がその変位によって被加工物から受ける各反力が、相互に打ち消し合うように、各加工工具を変位駆動する駆動手段とを含むことを特徴とする加工装置である。
【００３０】
本発明に従えば、基台に設けられる加工工具が、被接合物を予め定める方向へ移動しながら被接合物を加工する場合、被接合物の抵抗力に抗して予め定める方向に変位駆動される。また加工工具は、加工工具の移動方向に対して反対方向に被接合物から反力を受ける。基台は、加工工具を介して被接合物から反力を受ける。
【００３１】
基台には、複数の加工工具が設けられ、各加工工具は、駆動手段によって、各加工工具の被接合物から受ける反力が、相互に打ち消しあうように変位駆動される。たとえば基台が２つの加工工具を有する場合、互いの加工工具は、駆動手段によって互いに反対方向に変位駆動される。これによって基台において、各加工工具を介して被接合物から与えられる複数の反力が互いに打ち消される。したがって基台を支持するロボットアームが基台から受ける力を、小さくすることができる。これによってロボットアームを用いて、被接合物の加工を良好に行うことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の実施の一形態である摩擦撹拌接合装置３０の構成を示す斜視図であり、図２は、摩擦撹拌接合装置３０の構成を示す側面図である。摩擦撹拌接合装置３０は、互いに合わせられる２つの被接合部材の境界部分を、回転子３１ａ，３１ｂの回転による摩擦熱によって流動化させて接合する装置である。
【００３３】
摩擦撹拌接合装置３０は、ロボットアーム３２の先端に設けられる基台３３を備え、基台３３に間接的に２つの回転子３１ａ，３１ｂが設けられる。各回転子３１ａ，３１ｂは、互いの回転軸線３４ａ，３４ｂが平行に配置される。各回転子３１ａ，３１ｂは、各回転軸線３４ａ，３４ｂを平行に保った状態で、回転軸線３４ａ，３４ｂに垂直な一方向である進行方向３８および回転軸線３４ａ，３４ｂに沿って延びる軸線方向３９に変位駆動される。
【００３４】
基台３３には、各回転子３１ａ，３１ｂを回転軸線３４ａ，３４ｂまわりにそれぞれ個別に回転駆動する２つの回転駆動手段３５ａ，３５ｂと、各回転子３１ａ，３１ｂを軸線方向３９に個別に変位駆動する２つの軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂと、進行方向３８に回転子３１ａ，３１ｂをそれぞれ個別に変位駆動させる進行方向駆動手段３６とが設けられる。
【００３５】
回転子３１ａ，３１ｂごとに設けられる各回転駆動手段３５ａ，３５ｂおよび各軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂは、それぞれ同じ構成であり、一方の回転駆動手段３５ａおよび一方の軸線方向駆動手段４０ａについて説明し、他方の回転駆動手段３５ｂおよび他方の軸線方向駆動手段４０ｂについては、説明を省略する。
【００３６】
回転駆動手段３５ａは、回転子３１ａを回転可能に支持する軸受と、回転子３１ａを高速回転するための回転モータと、回転モータからの回転力を回転子３１ａに伝達する伝達部とを有する。回転子３１ａは、回転駆動手段３５ａの軸受内に収容され、先端が回転駆動手段３５ａから突出する。回転モータは、回転子３１ａを高速回転させ、回転子３１ａが被接合物に回転接触するときに、被接合物から受ける抵抗力に抗するトルクで回転子３１ａを回転駆動する。
【００３７】
軸線方向駆動手段４０ａは、軸線方向３９に沿って可動する軸線方向可動部分を有し、軸線方向可動部分を軸線方向３９に変位駆動する。軸線方向可動部分には、回転駆動手段３５ａが固定される。たとえば軸線方向可動部分は、リニアモータによって変位駆動される。
【００３８】
進行方向駆動手段３６は、進行方向３８に沿って可動する進行方向可動部分を２つ有し、進行方向可動部分を進行方向３８にそれぞれ個別に変位駆動する。各進行方向可動部分には、各軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂがそれぞれ固定される。たとえば進行方向可動部分は、リニアモータによって変位駆動される。
【００３９】
また基台３３は、周方向に両端部を有する略Ｃ字状に形成され、周方向一端部４１に進行方向駆動手段３６が固定される。進行方向駆動手段３６は、進行方向３８に沿って長手方向が延び、長手方向のほぼ中央部分で基台３３に固定される。したがって２つの進行方向可動部分は、基台３３に対して進行方向３８に沿って互いに近接離反する方向に移動する。
【００４０】
また基台３３の周方向他端部４２には、各回転子３１ａ，３１ｂに臨む位置に受け台４３が設けられる。受け台４３は、板状に形成され、各回転軸線３４ａ，３４ｂに対して垂直な受け面３７を有する。受け台４３は、進行方向３８に沿って長手方向が延び、長手方向のほぼ中央部分で基台３３の周方向他端部４２に固定される。また受け台４３は、互いの回転子３１ａ，３１ｂが最も離反する距離よりも長い長手方向寸法を有する。
【００４１】
摩擦撹拌接合装置３０は、押付け手段４４を有する。押付け手段４４は、進行方向駆動手段３６の長手方向中央部４５に固定され、受け台４３に向かって変位駆動される押付け棒４６と押付け棒４６の先端に設けられ、受け台４３に臨む押付け部材４７とを有する。押付け部材４７は、被接合物５１を受け台４３に向かって押付ける。
【００４２】
図３は、摩擦撹拌接合装置３０の構成を示すブロック図である。摩擦撹拌接合装置３０は、制御手段４８を有する。制御手段４８は、摩擦撹拌接合装置３０の各手段を制御する。制御手段４８は、ロボットアーム３２を駆動するロボットアーム駆動手段４９から信号を受けるとともに、各回転駆動手段３５ａ，３５ｂに各回転子３１ａ，３１ｂの回転駆動および停止を示す信号を与え、各回転駆動手段３５ａ，３５ｂから出力される信号を受ける。また制御手段４８は、各軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂの軸線方向可動部分の変位駆動および停止を示す信号を与え、各軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂから出力される信号を受ける。
【００４３】
また制御手段４８は、進行方向駆動手段３６の進行方向可動部分の変位駆動および停止を示す信号を与え、進行方向駆動手段３６から出力される信号を受ける。また制御手段４８は、押付け手段４４の押し棒４６の変位駆動および停止を示す信号を与え、押付け手段４４から出力される信号を受ける。
【００４４】
図４は、摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置３０の一部を拡大して示す斜視図であり、図５は、摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置３０の一部を示す断面図である。
【００４５】
互いに当接する境界部分５２，５３を有し、重なり合う２つの被接合部材４９，５０から成る被接合物５１が、摩擦撹拌接合時に各回転子３１ａ，３１ｂと受け台４３との間に配置される。各回転子３１ａ，３１ｂは、回転しながら、軸線方向３９に被接合物５１に向かって移動して、一方の被接合部材４９に接触する。各回転子３１ａ，３１ｂは、一方の被接合部材４９に接触した状態でさらに回転し、他方の被接合部材５０に向かって一方の被接合部材４９を押圧する。
【００４６】
接触した状態で回転子３１ａ，３１ｂが回転することによって、一方の被接合物５１と各回転子３１ａ，３１ｂとには、摩擦熱が発生する。
【００４７】
この摩擦熱により被接合部材４９の流動性が増し、各回転子３１ａ，３１ｂが一方の被接合部材４９を穿孔する。各回転子３１ａ，３１ｂは、穿孔を続けることによって、一方の被接合部材４９の境界部分５２を超えて、他方の被接合部材５０に当接する。各回転子３１ａ，３１ｂ付近の被接合部材４９，５０の部分は、撹拌され、互いの境界部分５２，５３がなくなり、一方の被接合部材４９と他方の被接合部材５０とを接続する接合部分が形成される。
【００４８】
さらに接合部分が形成された状態から、各回転子３１ａ，３１ｂが進行方向３８にそれぞれ移動することによって、進行方向３８に沿って連続的に線状に延びる接合部分５４ａ，５４ｂを形成することができる。
【００４９】
各回転子３１ａ，３１ｂは、進行方向３８に対して互いに逆方向に移動する。たとえば一方の回転子３１ａは進行方向一方３８Ａに移動し、他方の回転子３１は進行方向他方３８Ｂに移動する。言換えると各回転子３１ａ，３１ｂは、互いに進行方向３８に沿って近接または離反する方向に移動して、それぞれの接合部分５４ａ，５４ｂを形成する。
【００５０】
図６は、本発明の摩擦撹拌接合装置３０と比較例の摩擦撹拌接合装置１３０の一部を簡略化して示す断面図であり、図６（１）に本発明の摩擦撹拌接合装置３０を示し、図６（２）に比較例の接合装置１３０を示す。比較例の接合装置１３０は、摩擦撹拌接合装置３０に設けられる２つの回転子のうち、一方の回転子３１ｂおよび押付け手段４４がない構成であり、摩擦撹拌接合装置３０に対応する構成には、摩擦撹拌接合装置３０の参照符号に１００を追加して表わす。
【００５１】
比較例の装置１３０は、進行方向駆動手段１３６によって、回転子１３１ａを被接合物１５１に摩擦接触させた状態で、進行方向一方向１３８Ａへ押付ける。回転子１３１ａは、被接合物１５１に押付けられる押付け力Ｆ１に応じて、進行方向他方１３８Ｂへ向かう反力Ｆ２が、被接合物１５１から与えられる。
【００５２】
被接合物１５１が与える反力Ｆ２は、回転子１３１ａ，駆動回転手段１３５ａおよび軸線方向駆動手段１４０ａを介して、回転子１３１ａを間接的に支持する進行方向駆動手段１３６に伝わる。この力を伝達力Ｆ３とすると、進行方向駆動手段１３６を支持するためにロボットアーム１３２は、伝達力Ｆ３に対して、進行方向一方１３８Ａへ、伝達力Ｆ３と同じ絶対値のアーム支持力Ｆ４を与えつづける必要がある。したがってロボットアーム１３２には、被接合物１５１の反力Ｆ２とほぼ同じ絶対値のアーム支持力Ｆ４を基台３３に与える。
【００５３】
本発明の摩擦撹拌接合装置３０は、進行方向駆動手段３６によって、一方の回転子３１ａを、被接合物５１に摩擦接触させた状態で、進行方向一方向３８Ａへ押付ける。一方の回転子３１ａは、被接合物５１に押付けられる第１押付け力Ｆ１０に応じて、進行方向他方３８Ｂへ向かう第１反力Ｆ１１を、被接合物５１から与えられる。第１反力Ｆ１１は、回転子３１ａ，駆動回転手段３５ａおよび軸線方向駆動手段４０ａを介して、回転子３１ａを間接的に支持する進行方向駆動手段１３６に伝わる。この力を第１伝達力Ｆ１２とする。
【００５４】
また摩擦撹拌接合装置３０は、進行方向駆動手段３６によって、他方の回転子３５ｂを、被接合物５１に摩擦接触させた状態で、進行方向他方３８Ｂへ押付ける。他方の回転子３１は、被接合物５１に押付けられる第２押付け力Ｆ１３に応じて、進行方向一方３８Ａへ向かう第２反力Ｆ１５を、被接合物５１から与えられる。第２反力Ｆ１２は、回転子３１ｂ，駆動回転手段３５ｂおよび軸線方向駆動手段４０ｂを介して、回転子３１ｂを間接的に支持する進行方向駆動手段３６に伝わる。この力を第２伝達力Ｆ１５とする。
【００５５】
このように進行方向駆動手段３６は、第１伝達力Ｆ１２と第２伝達力Ｆ１５とを受ける。第１伝達力Ｆ１２と第２伝達力Ｆ１５とは、互いに反対方向の力であるので、進行方向駆動手段３６は、第１伝達力Ｆ１２と第２伝達力Ｆ１５と差の力を外部に与える。たとえば第１伝達力Ｆ１２が第２伝達力Ｆ１５より大きい場合、進行方向他方向３８Ｂへ、第１の伝達力Ｆ１２の絶対値から第２の伝達力Ｆ１５の絶対値を引いた伝達出力Ｆ２１を外部に与える。またたとえば第１伝達力Ｆ１２と第２伝達力の絶対値が同じ値であれば、進行方向駆動手段３６から外部に与える力がなくなり、基台４１からロボットアーム３２に与えられる進行方向３８の力をなくすることができる。仮に伝達出力Ｆ２１がゼロでない場合であっても、比較例の装置１３０に比べて、ロボットアーム３２が与えられる進行方向３８の力Ｆ２１を少なくさせることができる。
【００５６】
また摩擦撹拌接合装置３０は、押付け手段４４によって、予め定められる押圧力Ｆ２０で、押付け部材４７を被接合物５１に押付ける。この押圧力Ｆ２０が抗力として働き、基台４１から外部に進行方向２８に与える力に対する摩擦抵抗力Ｆ１７を生じる。これによって押付け手段４４は、基台４１を支持する支持手段となり、基台４１は、ロボットアーム３１と押付け手段４４とに支持される。
【００５７】
進行方向駆動手段３６から基台４１に与えられる伝達出力Ｆ２１は、ロボットアーム３２と、押付け手段４４とに分割されて与えられる。ロボットアーム３２は、基台３３が外部に与える伝達出力Ｆ２１のうち、押付け手段４４が摩擦抵抗力Ｆ１７として受けた残りの力を、アーム支持力Ｆ１９とし基台３３に与える。
【００５８】
したがってロボットアーム３２が受ける力は、伝達出力Ｆ２１よりも摩擦抵抗力Ｆ１７の分だけ少なくなる。仮に伝達出力Ｆ２１がゼロでなかった場合であっても、伝達出力Ｆ２１よりも押付け部材４７と被接合物５１との摩擦抵抗力Ｆ１７が大きい場合には、基台４１からロボットアーム３２に与えられる進行方向３８の力をなくすことができる。
【００５９】
また図２に示すように、基台４１が略Ｃ字状に形成されており、軸線方向駆動手段３５によって、回転子３１を予め定められる押付け力Ｆ３０で軸線方向一方３９Ａに被接合物５１に押付けた場合、回転子３１は、被接合物５１から軸線方向他方３９Ｂに反力Ｆ３１を与えられる。また反力Ｆ３１を与えられた基台３３は、被接合物５１から軸線方向他方３９Ｂに向かって、ロボットアーム３２および受け台４３に力を伝える。受け台４３は、軸線方向他方３９Ｂに与えられた力Ｆ３２を被接合物５１に与える。これによって被接合物５１からの反力を受け台４３が被接合物５１に与え、ロボットアーム３２が軸線方向に受ける力を少なくすることができる。
【００６０】
図７は、摩擦撹拌接合装置３０の動作を説明するための断面図であり、図８は、摩擦撹拌接合装置３０の動作を示すフローチャートである。ステップｓ０では、アームロボット３２によって、被接合物５１の予め定められる施工位置に各回転子３１ａ，３１ｂが位置決めされると、ステップｓ１に進み、連続摩擦撹拌接合動作が開始される。
【００６１】
ステップｓ１では、図７（１）に示すように、押付け手段４４によって、押付け部材４７を被接合物５１に向かって軸線方向一方３９Ａに変位駆動する。押付け部材４７が押圧力Ｆ３０で被接合物５１を押圧することによって、被接合物５１を押付け部材４７と受け台４３とで挟持する。このように被接合物５１と摩擦撹拌接合装置３０とを固定して、摩擦撹拌接合装置３０の設置が完了するとステップｓ２に進む。
【００６２】
ステップｓ２では、図７（２）に示すように、各回転駆動手段３５ａ，３５ｂによって、各回転子３１ａ，３１ｂをそれぞれ回転されるとともに、各軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂによって、各回転子３１ａ，３１ｂをそれぞれ軸線方向一方３９Ａに移動させ、被接合物５１に回転接触させて被接合物５１の摩擦熱による加熱を開始する。
【００６３】
ステップｓ３では、図７（３）に示すように、摩擦熱によって、被接合物５１の回転子付近の部分を流動化して、被接合物５１を撹拌し、被接合物５１を構成する２つの被接合部材４９，５０の境界部分５１，５２をそれぞれなくす。また各回転子３１ａ，３１ｂを回転させた状態で、２つの回転子３１ａ，３１ｂをそれぞれ進行方向２８に沿って互いに相反する方向に移動させ、進行方向２８に沿って延びる線状の接合部分を形成し、ステップｓ４に進む。
【００６４】
ステップｓ４では、図７（４）に示すように、各回転子３１ａ，３１ｂを進行方向２８に所定量移動させた後、各回転子３５ａ，３５ｂを軸線方向他方３９Ｂに移動させ、被接合物５１の加熱を停止し、ステップｓ５に進む。
【００６５】
ステップｓ５では、図７（５）に示すように、各回転子３１ａ，３１ｂの回転を停止し、押付け部材４７を軸線方向他方３９Ｂに移動させて、押付け部材４７と受け台４３による被接合物５１の挟持を解消し、ステップｓ６に進み、ステップｓ６で摩擦撹拌接合装置３０における摩擦撹拌接合動作を終了する。
【００６６】
以上のように摩擦撹拌接合装置３０によれば、基台３３に設けられる各回転子３１ａ，３１ｂが、被接合物５１に当接した状態で回転駆動される。各回転子３１ａ，３１ｂが被接合物５１に当接しながら回転することによって、摩擦熱が発生する。被接合物５１は、摩擦熱によって部分的に流動化して、流動化した部分が撹拌して接合される。また被接合物５１に当接する回転子３１ａ，３１ｂが、回転しながら進行方向２８に移動することによって連続接合を行う。
【００６７】
各回転子３１ａ，３１ｂは、進行方向駆動手段３６によって、各回転子３１ａ，３１ｂの被接合物５１から受ける反力Ｆ１１，Ｆ１４が、相互に打ち消しあうように変位駆動され、本実施の形態では、２つの回転子３１ａ，３１ｂが、進行方向２８に沿って、互いに相反する方向３８Ａ，３８Ｂに変位駆動される。これによって基台３３において、各回転子３１ａ，３１ｂを介して被接合物５１から与えられる複数の反力Ｆ１２，Ｆ１５が互いに打ち消される。
【００６８】
これによって、基台３３を支持するロボットアーム３２が基台から受ける力Ｆ２１を小さくすることができる。これによってロボットアーム３２を用いて、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。さらに２つの回転子によって同時に摩擦撹拌接合が行われるので、単位時間当たりに接合される接合部分を増やすことができる。
【００６９】
またロボットアーム３２が基台３３から受ける力Ｆ２１を小さくすることができる。これによって剛性が小さいロボットアーム３２であっても、十分に基台３３を支持することができる。したがって汎用ロボットに設けられるロボットアームを用いて連続摩擦撹拌接合を行うことができ、設備投資費を低減することができる。またロボットアーム３２を用いることによって、図２１および図２２に示す従来のテーブル型の摩擦撹拌接合装置１に比べて、複雑な形状の被接合物５１であっても連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００７０】
また支持手段である押付け手段４４が基台３３を支持することによって、基台３３は、ロボットアーム３２と押付け手段４４との両方によって支持される。これによって、基台３３が外部に与える力をロボットアーム３２と押付け手段４４とで分割することができる。したがって基台３３において、被接合物５１から与えられる複数の反力Ｆ１２，Ｆ１５が完全に打ち消されず、基台３３が外部に力を与えたとしても、基台３３が外部に与える力のうち、押付け手段４４が受けた力の残りの力を、ロボットアーム３２が受ける。これによって基台３３を支持するロボットアーム３２が基台３３から受ける力をさらに小さくすることができる。
これによって、２つの回転子３１ａ，３１ｂが被接合物５１から受ける反力にばらつきがある場合であっても、確実に基台３３を支持することができ、安定して連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００７１】
また回転子３１ａ，３１ｂに対して反対側から被接合物５１に当接し、被接合物５１を支持する受け台４３が設けられる。したがって基台３３において、被接合物５１から与えられた軸線方向の反力Ｆ３１を受けて、基台３３が外部に力を与えたとしても、基台３３は、被接合物５１によって回転子３１ａ，３１ｂが受けた軸線方向の反力Ｆ３１の大部分を、受け台４３を介して被接合物５１に回転子３１ａ，３１ｂと反対側から与える。これによってロボットアーム３２には、回転軸線方向３９にほとんど力を受けることがない。
【００７２】
ロボットアーム３２は、多関節ロボットであり、３軸方向に変位および３軸方向周りに角変位することによって、各回転子３１ａ，３１ｂの姿勢および位置を調整することができる。これによって被接合物５１が立体的な形状である場合であっても、複雑な形状である場合であっても、摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００７３】
また被接合物５１は、２枚の被接合部材４９，５０が重ならない場合であってもよく、たとえば一方の被接合部材４９と他方の接合部材５０とが隣接して並べられ、互いに隣接する境界部分を摩擦撹拌接合することもできる。
【００７４】
図９は、本発明の他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置２３０の構成一部を示す断面図である。摩擦撹拌接合装置２３０は、上述する摩擦撹拌接合装置３０と押付け部材４４がない以外は、同一の構成を示し、同一の構成については、同じ参照符号を示し、説明を省略する。上述するように、２つの回転子３１ａ，３１ｂが被接合物５１から受ける反力Ｆ１１，Ｆ１４が相互に打ち消しあうように、各回転子３１ａ，３１ｂを変位駆動させることによって、ロボットアーム２３が受ける進行方向３８の力Ｆ１６を、被接合物５１の反力Ｆ１１，Ｆ１４よりも小さくすることができる。また各回転子３１ａ，３１ｂが受ける各反力Ｆ１１，Ｆ１４の絶対値が等しい場合には、ロボットアーム２３は、連続撹拌接合時に軸線方向２８に受ける力Ｆ１６をゼロにすることができる。このように押付け部材４４がない構成であっても、ロボットアーム３２に与えられる力を小さくすることができる。
【００７５】
図１０は、摩擦撹拌接合装置２３０を示す側面図である。摩擦撹拌接合装置２３０は、ロボットアーム３２が移動することによって、被接合物５１の形状に応じて汎用的に摩擦撹拌接合を行うことができる。また上述する摩擦撹拌接合装置３０に比べて受け台４３が形成されないので、被接合物に接合可能な接合部分が制限されることがなく、被接合物５１の中央部であっても、被接合物５１の厚みが厚い場合であっても、連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００７６】
たとえば図１０（１）に示すように、接合部分が曲面である場合には、ロボットアーム３２が、回転軸線３４ａ，３４ｂを、接合部分の曲面に対して法線方向に延びるように位置決めすることによって、接合部分に垂直に各回転子３１ａ，３１ｂを穿孔させることができる。すなわち、接合部分の形状に合わせて、接合部分ごとに回転子３１ａ，３１ｂの向きを変えることができ、接合不良を防止することができる。またロボットアーム３２に接合部分の形状に合わせて位置決めするように予めプログラムすることによって、被接合物ごとに設備を変更する必要がない。
【００７７】
また図１０（２）に示すように、被接合物５１が立体的に形成される場合であっても、ロボットアーム３２が３次元的に順次移動することによって、鉛直方向および水平方向に配置される各接合部分に連続して連続摩擦撹拌接合を行うことができる。たとえば被接合物５１が大型であっても連続摩擦撹拌接合を行うことができる。また被接合物５１によって囲まれる内方空間２２７に、各回転子３１ａ，３１ｂを配置することができ、被接合物５１の内側から連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００７８】
たとえば本発明の摩擦撹拌接合装置３０は、被接合物５１が、航空機、鉄道車両および船舶などの外板およびフレームを構成する場合に被接合物５１を接合するために用いられる。図１０（１）および図１０（２）に示すように被接合物５１の形状に応じて、汎用的に摩擦撹拌接合を行うことができ、好適に用いることができる。
【００７９】
さらに各回転子３１ａ，３１ｂを支持するロボットアーム３２とは異なり、被接合物５１に回転子３１ａ，３１ｂと反対側から当接する受け台２２９を有する別のロボットアーム２２８を備えることによって、被接合物５１に対して、各回転子３１ａ，３１ｂと受け台２２９とによって被接合物５１を挟持することができ、より確実な連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００８０】
図１１は、本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置７３０を示す斜視図である。摩擦撹拌接合装置７３０は、図１に示す摩擦撹拌接合装置３０において、一方の回転子３１ｂがない以外は、同一の構成を示し、同一の構成については、同じ参照符号を示し、説明を省略する。
【００８１】
回転子３１ｂが、回転子３１ｂの進行方向３８Ｂに対して反対方向３８Ａに被接合物５１から反力Ｆ１４を受ける。基台３３には、ロボットアーム３２と押付け部材４４との両方で支持されているので、基台３３が外部に与える力をロボットアーム３３と押付け手段４７とで分割することができる。押付け手段４７が受けた力は、押付け部材４７と被接合物５１との間に働く摩擦抵抗力と釣合う。
【００８２】
したがって基台３３において、被接合物か５１から与えられた反力Ｆ１５を受けて、基台３３が外部に力を与えたとしても、基台３３が外部に与える力のうち、基台３３から押付け手段４４に与えられた力の残りの力を、ロボットアーム３２が受ける。これによって基台３３を支持するロボットアーム３２が基台３３から受ける力を小さくすることができる。これによってロボットアーム３２を用いて、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。
【００８３】
図１２は、本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置８３０を簡略化して示す正面図である。摩擦撹拌接合装置８３０は、図１に示す摩擦撹拌接合装置３０と同様の構成を有し、同様の構成については、説明を省略し、同様の参照符号を付す。摩擦撹拌接合装置８３０は、２つの回転子３１ａ，３１ｂを間接的に支持する基台３３を有する。基台３３には、各回転子３１ａ，３１ｂを回転軸線３４ａ，３４ｂまわりにそれぞれ個別に回転駆動する２つの回転駆動手段３５ａ，３５ｂと、各回転子３１ａ，３１ｂを軸線方向３９に個別に変位駆動する２つの軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂと、各回転子３１ａ，３１ｂを進行方向３８に個別に回転子３１ａ，３１ｂを変位駆動させる進行方向駆動手段３６ａ，３６ｂとが設けられる。
【００８４】
さらに基台３３には、一方の進行方向駆動手段３６ａと、他方の進行方向駆動手段３６ｂとをリンク状に連結する連結部３３ｃと、各保持部３３ａ，３３ｂを角変位させる基台角変位手段３３ｄとが設けられる。これによって２つの進行方向駆動手段３６ａ，３６ｂが基台角変位手段３３ｄによって互いに各変位することによって、一方の回転子３１ａの進行方向３８Ａと他方の回転子３１ｂの進行方向３８Ｂとの成す角度θ１を角変位可能となる。
【００８５】
これによって図１２に示すように、一方の回転子３１ａと他方の回転子３１ｂとがそれぞれ接合する接合面が互いに面一でなく、２つの接合面が角度θ２を有する場合であっても、その角度θ２に対応して、一方の回転子３１ａの進行方向３８Ａと他方の回転子３１ｂの進行方向３８Ｂとの成す角度θ１を各変位することができる。すなわち被接合物５１の接合面にあわせて連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００８６】
図１３は、本発明のさらに本発明の他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置６３０を示す斜視図であり、図１４は、摩擦撹拌接合装置６３０を簡略化して示す正面図である。摩擦撹拌接合装置６３０は、図１に示す摩擦撹拌接合装置３０と同様の構成を有し、同様の構成については説明を省略し、同様の参照符号を付す。
【００８７】
摩擦撹拌接合装置６３０は、２つの回転子３１ａ，３１ｂを間接的に支持する基台３３を有する。基台３３には、各回転子３１ａ，３１ｂを回転軸線３４ａ，３４ｂまわりにそれぞれ個別に回転駆動する２つの回転駆動手段３５ａ，３５ｂと、各回転子３１ａ，３１ｂを軸線方向３９に個別に変位駆動する２つの軸線方向駆動手段４０ａ，４０ｂと、各回転子３１ａ，３１ｂを進行方向３８に個別に回転子３１ａ，３１ｂを変位駆動させる進行方向駆動手段３６ａ，３６ｂとが設けられる。
【００８８】
さらに基台３３は、一方の進行方向駆動手段３６ａを支持する第１保持部３３ａと、他方の進行方向駆動手段３６ｂを支持する第２保持部３３ｂと、第１保持部３３ａおよび第２保持部３３ｂをリンク状に連結する連結部３３ｃと、各保持部３３ａ，３３ｂを角変位させる基台角変位手段３３ｄとを有する。
【００８９】
連結部３３ｃは、それぞれ第１保持部３３ａおよび第２保持部３３ｂをいずれか一方の回転軸線を含む仮想平面に沿って角変位可能に支持し、基台角変位手段３３ｄによって、回転子３１ａ，３１ｂの回転軸線３４ａ，３４ｂの延びる方向が変更される。
【００９０】
これによって図１４に示すように、被接合物５１が円筒曲面を有する場合であっても、各回転子３１ａ，３１ｂの回転軸線を円筒曲面の法線方向に延びるように角変位させることができ、被接合物５１の曲面にあわせて連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【００９１】
図１５は、本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置３３０の構成を示す斜視図である。摩擦撹拌接合装置３３０は、ロボットアーム３３２の先端に設けられる基台３３３を備え、基台３３３に間接的に２つの回転子３３１ａ，３３１ｂが設けられる。各回転子３３１ａ，３３１ｂは、互いの回転軸線３３４ａ，３３４ｂが平行に配置され、各回転軸線３３４ａ，３３４ｂを平行に保った状態で、回転軸線３３４ａ，３３４ｂに各回転軸線３３４ａ，３３４ｂに沿って延びる軸線方向３３９に移動するとともに各回転軸線３３４ａ，３３４ｂに平行な中心軸線３３８を中心とする周方向３２９まわりに角変位する。
【００９２】
基台３３３には、各回転子３３１ａ，３３１ｂを回転軸線３３４ａ，３３４ｂまわりにそれぞれ個別に回転駆動する回転駆動手段３３５と、各回転子３１ａ，３１ｂを軸線方向３３９に変位駆動する軸線方向駆動手段３４０と、中心軸線３３８まわりに各回転子３３１ａ，３３１ｂを同時に角変位させる角変位駆動手段３３６とが設けられる。
【００９３】
図１６は、回転駆動手段３３５を示す断面図である。回転駆動手段３３５は、各回転子３３１ａ，３３１ｂを回転軸線まわりに回転させるための回転モータ３２８と、回転子３３１ａ，３３１ｂを回転可能に支持する各軸受３２６ａ，３２６ｂと、回転モータ３２８の回転力をそれぞれ２つの回転子３３１ａ，３３１ｂに伝達する伝達部３２５とを有する。また回転駆動手段３３５は、板状に形成される支持板３１８を有し、支持板３１８に回転モータ３２８および各軸受３２６ａ，３２６ｂとが固定される。
【００９４】
伝達部３２５は、たとえば回転モータ３２８に連結される駆動軸３２３と、駆動軸３２３に設けられる歯車３２４から、歯車３２２を介して回転力を伝達する複数の歯車軸３２１と、歯車軸３２１の回転力を、歯車３２０を介して回転子３３１ａ，３３１ｂに伝える従動軸３１９とを含んで構成される。
【００９５】
回転駆動手段３３５は、各歯車３２４，３２２，３２０を組合わせることによって、１つの回転モータ３２８を用いて、２つの回転子３１ａ，３１ｂを回転させることができる。
【００９６】
図１５に示すように、支持板３１８は、角変位駆動手段３３６と連結され、角変位駆動手段３３６は、支持板３１８を予め定められる中心軸線３３８まわりに回転する。これによって支持板３１８に固定される２つの回転子３１ａ，３１ｂを中心軸線３３８まわりに回転する。
【００９７】
また軸線方向駆動手段３４０は、たとえばリニアモータによって、軸線方向３３９に沿って可動する軸線方向可動部分を有し、軸線方向可動部分を軸線方向３９に変位駆動する。軸線方向可動部分には、支持板３１８および角変位駆動手段３３６が固定される。
【００９８】
摩擦撹拌接合装置３３０は、各回転子３３１ａ，３３１ｂを被接合物に回転接触させた状態で、角変位駆動手段３３６によって、中心軸線３３８まわりに支持板３１８を周方向一方３３８Ａに角変位させて、各回転子３３１ａ，３３１ｂを、ともに中心軸線３３８まわりに周方向３３８Ａに角変位させる。
【００９９】
図１７は、被接合物３５１に形成される接合部分を示す斜視図である。２つの回転子３３１ａ，３３１ｂが互いに中心軸線３３８まわりに角変位することによって、被接合物３５１には、中心軸線３３８を中心として円弧状に延び、中心軸線に垂直な一平面に対して対称な２つの接合部分３５４ａ，３５４ｂが形成される。
【０１００】
２つの回転子３３１ａ，３３１ｂは、微視的に見て互いに相反する方向に移動することになり、上述する摩擦撹拌接合装置３０と同様にロボットアーム３３２が被接合物３５１から受ける回転子３３１ａ，３３１ｂが周方向３３８Ａ，３３８Ｂの力を少なくすることができる。
【０１０１】
図１８は、本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置５３０を示す斜視図であり、図１９は、摩擦撹拌接合装置５３０の動作を簡略化して示す平面図である。摩擦撹拌接合装置５３０は、上述する摩擦撹拌接合装置３３０とほぼ同様の構成を示し、同一の構成については、同じ参照符号を示し、説明を省略する。摩擦撹拌接合装置５３０は、図１５に示す摩擦撹拌接合装置３３０に対して支持板５１８の構成が異なり、それ以外の構成は同一である。同一部分については、説明を省略し同一の参照符号を付す。
【０１０２】
支持板５１８は、伸縮自在に形成され、一方の回転子３３１ａを支持する第１支持部５１８ａと他方の回転子３３１ｂを支持する第２支持部５１８ｂとを有する。第１支持部５１８ａおよび第２支持部５１８ｂは、支持板５１８が伸長することによって、第１支持部５１８ａと第２支持部５１８ｂとが離反し、２つの回転子３３１ａ，３３１ｂの間の距離が大きくなる。また枝時板５１８が縮退することによって、第１支持部５１８ａと第２支持部５１８ｂとが近接し、２つの回転子３３１ａ，３３１ｂの間の距離が小さくなる。このように支持板５１８が伸縮することによって、２つの回転子３３１ａ，３３１ｂの距離を変化させることができる。これによって図１７に示す接合部分３３８Ａ，３３８Ｂの中心からの距離を変更することができる。
【０１０３】
図２０は、本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置４３０を示す斜視図であり、図２１は、摩擦撹拌接合装置４３０の動作を簡略化して示す平面図である。摩擦撹拌接合装置４３０は、上述する摩擦撹拌接合装置３３０とほぼ同様の構成を示し、同一の構成については、同じ参照符号を示し、説明を省略する。摩擦撹拌接合装置４３０は、図１５に示す摩擦撹拌接合装置３３０に対して支持板４１８および支持板４１８を角変位させる角変位駆動手段４３６の構成が異なり、それ以外の構成は同一である。同一部分については、説明を省略し同一の参照符号を付す。
【０１０４】
支持板４１８は、一方の回転子３３１ａを支持する第１支持部４１８ａと他方の回転子３３１ｂを支持する第２支持部４１８ｂとを有する。第１支持部４１８ａおよび第２支持部４１８ｂは、リンク状に形成され、第１支持部４１８ａの一端部と第２支持部４１８ｂの一端部とが互いに各角変位自在に連結される。角変位駆動手段４３６は、第１支持部４１８ａおよび第２支持部４１８ｂの少なくともいずれか一方を、中心軸線３３８まわりに角変位駆動させる。
【０１０５】
たとえば図２１（１）および図２１（２）に示すように、各回転子３３１ａ，３３１ｂを被接合物に回転接触させた状態で、角変位駆動手段４３６によって、中心軸線３３８まわりに第１支持部４１８ａおよび第２支持部４１８ｂを周方向に互いに相反する方向、すなわち第１支持部４１８ａを周方向一方４３８Ａに第２支持部４１８ｂを周方向他方４３８Ｂにそれぞれ変位させることによって、各回転子３３１ａ，３３１ｂがそれぞれ被接合物から受ける反力Ｆ４０，Ｆ４１のうち、互いに反対方向に作用する成分の力Ｆ４２，Ｆ４３が打ち消される。これによってロボットアーム３３２が基台３３３を支持する力Ｆ４４を小さくすることができる。
【０１０６】
上述する実施の形態は、本発明の例示に過ぎず発明の範囲内で構成を変更することができる。たとえば２つの回転子３１ａ，３１ｂの回転方向は、互いに同じ方向でも異なる方向でもいずれの方向でもよい。また進行方向は、直線方向でなくてもよく、各回転子３１ａ，３１ｂが曲線状のレールに沿って進行方向に移動してもよい。
【０１０７】
また各回転子３１ａ，３１ｂごとに、回転駆動、軸線方向および進行方向駆動するそれぞれの駆動手段を有してもよく、また各回転子３１ａ，３１ｂをまとめて回転駆動、軸線方向および進行方向駆動するそれぞれの駆動手段を有してもよい。また回転子３１ａ，３１ｂの数は、２つに限定されず、複数であればよく、また回転子３１ａ，３１ｂの進行方向３８も、板力を打ち消しあう方向であれば翼に限定されない。
【０１０８】
またたとえば摩擦撹拌装置以外に、ロボットアームによって加工工具を支持し、被加工物から加工工具に反力を受ける装置において、本発明を用いることができる。すなわち、ロボットアームに設けられる基台と、複数の加工工具と、加工工具が被加工物から受ける反力を打ち消し合うように加工工具を変位駆動する駆動手段とを有することによって、加工工具が、加工工具の移動方向に対して反対方向に被接合物から反力を受けた場合であっても、基台において、各加工工具を介して被接合物から与えられる複数の反力が互いに打ち消されて、基台を支持するロボットアームが基台から受ける力を、小さくすることができる。これによってロボットアームを用いて、被接合物の加工を良好に行うことができる。たとえば加工装置として、ドリルおよびフライスなど加工工具を有する切削装置であってもよく、また他の切削以外の装置であってもよい。
【０１０９】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、連続摩擦撹拌接合時に被接合物から受ける反力が打ち消されるので、ロボットアームが基台から受ける力を小さくすることができる。これによって剛性が小さいロボットアームであっても、十分に基台を支持することができ、連続摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。したがって汎用ロボットに設けられるロボットアームを用いて連続摩擦撹拌接合を行うことができ、設備投資を低減することができる。またロボットアームを用いることによって、従来のテーブル型の摩擦撹拌接合装置に比べて、複雑な形状の被接合物であっても連続摩擦撹拌接合を行うことができ、生産コストを低下させることができる。
【０１１０】
また請求項２記載の本発明によれば、固定部材とロボットアームによって基台を支持することによって、基台から受ける力を固定部材とロボットアームとで分割することができ、ロボットアームが基台から受ける力をより小さくすることができる。これによって、剛性が小さいロボットアームであっても、十分に基台を支持することができる。また確実に基台を支持することができ、被接合物からの各反力にばらつきがある場合であっても、安定して連続摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１１１】
請求項３記載の本発明によれば、固定部材とロボットアームによって基台を支持することによって、基台から受ける力を固定部材とロボットアームとで分割することができ、ロボットアームが基台から受ける力を小さくすることができる。これによって、剛性が小さいロボットアームであっても、十分に基台を支持することができる。また確実に基台を支持することができる。
【０１１２】
また請求項４記載の本発明によれば、ロボットアームと被接合物とによって基台を支持することによって、基台から受ける軸線方向の反力を被接合物とロボットアームとで分割することができ、ロボットアームが基台から受ける力を小さくすることができる。これによって、剛性が小さいロボットアームであっても、十分に基台を支持することができる。また確実に基台を支持することができる。
【０１１３】
また請求項５記載の本発明によればロボットアームは、３軸方向に少なくとも変位駆動されるので、被接合物が立体的な形状である場合、複雑な形状である場合および曲面形状を有する場合であっても、ロボットアームを変位させて摩擦撹拌接合を行うことができる。
【０１１４】
請求項６記載の本発明によれば、被接合物の加工時に被接合物から受ける反力が打ち消されるので、ロボットアームが基台から受ける力を小さくすることができる。これによって剛性が小さいロボットアームであっても、十分に基台を支持することができ、被接合物の加工を良好に行うことができる。したがって汎用ロボットに設けられるロボットアームを用いて被接合物の加工を行うことができ、設備投資を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態である摩擦撹拌接合装置３０の構成を示す斜視図である。
【図２】摩擦撹拌接合装置３０の構成を示す側面図である。
【図３】摩擦撹拌接合装置３０の構成を示すブロック図である。
【図４】摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置３０の一部を拡大して示す斜視図である。
【図５】摩擦撹拌接合を行う摩擦撹拌接合装置３０の一部を示す断面図である。
【図６】本発明の摩擦撹拌接合装置３０と比較例の摩擦撹拌接合装置１３０を簡略化して示す断面図である。
【図７】摩擦撹拌接合装置３０の動作を説明するための断面図である。
【図８】摩擦撹拌接合装置３０の動作を示すフローチャートである。
【図９】本発明の他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置２３０の構成一部を示す断面図である。
【図１０】摩擦撹拌接合装置２３０を示す側面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置７３０を示す斜視図である。
【図１２】本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置８３０を示す斜視図である。
【図１３】本発明のさらに本発明の他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置６３０を示す斜視図である。
【図１４】摩擦撹拌接合装置６３０を簡略化して示す正面図である。
【図１５】さらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置３３０の構成を示す斜視図である。
【図１６】回転駆動手段３３５を示す断面図である。
【図１７】被接合物３５１に形成される接合部分を示す斜視図である。
【図１８】本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置５３０を示す斜視図である。
【図１９】摩擦撹拌接合装置５３０の動作を簡略化して示す平面図である。
【図２０】本発明のさらに他の実施の形態である摩擦撹拌接合装置４３０を示す斜視図である。
【図２１】摩擦撹拌接合装置４３０の動作を簡略化して示す平面図である。
【図２２】従来の摩擦撹拌接合装置１を示す斜視図である。
【図２３】被接合部材２，３の形状が複雑な場合の摩擦撹拌接合装置を示す図である。
【符号の説明】
３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０，７３０ 摩擦撹拌接合装置
３１ａ，３１ｂ，３３１ａ，３３１ｂ 回転子
３２ ロボットアーム
３３，３３３ 基台
３４ａ，３４ｂ，３３４ａ，３３４ｂ 回転子の軸線
３５ａ，３５ｂ，３３５ 回転駆動手段
３６ 進行方向駆動手段
３８ 進行方向
３９ 軸線方向
４０ａ，４０ｂ，３４０ 軸線方向駆動手段
４３ 受け台
４４ 押付け手段
５１ 被接合物
３３６ 角変位手段
３３８ 中心軸線
Claims (6)
- ロボットアームに設けられる基台と、
回転軸線まわりに回転自在にかつ回転軸線に交差する方向へ変位自在に、基台に設けられる複数の回転子と、
各回転子を回転軸線まわりに回転駆動する回転駆動手段と、
各回転子がその変位によって被接合物から受ける各反力が、相互に打ち消し合うように、各回転子を変位駆動する駆動手段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 - 基台に連結され、固定位置に設けられる部材によって支持される支持手段をさらに含むことを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。
- ロボットアームに設けられる基台と、
回転軸線まわりに回転自在にかつ回転軸線に交差する方向へ変位自在に、基台に設けられる回転子と、
基台に設けられ、回転子を回転軸線まわりに回転駆動するとともに、前記回転軸線に交差する方向へ変位駆動する駆動手段と、
基台に連結され、固定位置に設けられる固定部材によって支持される支持手段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。 - 回転子は、回転軸線方向へ変位自在に基台に設けられ、
支持手段は、被接合物に回転子と反対側から当接され、被接合物を支持する受け台を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。 - ロボットアームは、互いに直交する３軸方向へ少なくとも変位駆動されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の摩擦撹拌接合装置。
- ロボットアームに設けられる基台と、
予め定める方向へ変位自在に、基台に設けられる複数の加工工具と、
各加工工具がその変位によって被加工物から受ける各反力が、相互に打ち消し合うように、各加工工具を変位駆動する駆動手段とを含むことを特徴とする加工装置。
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