JP2004106046A

JP2004106046A - 摩擦撹拌接合装置および摩擦撹拌接合方法

Info

Publication number: JP2004106046A
Application number: JP2002275542A
Authority: JP
Inventors: Osamu Murakishi; 村岸　治; Takumi Kawasaki; 川▲崎▼　卓巳
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】接合される被接合物の強度を向上するとともに接合孔を別途埋める必要がない摩擦撹拌接合装置を提供する。
【解決手段】ツールピン２１を装着するツール装着台２３が、ツールピン２１が被接合物２２に埋没される状態で、ツールピン２１を離脱する。ツール装着台２３から離脱されたツールピン２１は、被接合物２２ａ，２２ｂに埋没した状態で被接合物２２ａ，２２ｂに固着する。これによって被接合物２２ａ，２２ｂには、ツールピン２１が埋没することによって形成された接合孔がツールピン２１によって塞がれ、被接合物２２ａ，２２ｂの強度を向上することができる。またツールピン２１が接合孔９０に埋没した状態で固着することによって別途接合孔９０を塞ぐ工程を行う必要がない。
【選択図】　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
たとえば複数の被接合物をスポット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１７は、従来の技術の摩擦撹拌接合装置１を示す図である。従来の技術の摩擦撹拌接合装置１は、基準軸線Ｌ１方向に回転自在および基準軸線Ｌ１に沿って変位自在に設けられるツール保持具２と、ツール保持具２を回転させる回転モータ３と、ツール保持具２を基準軸線Ｌ１に沿って変位させる変位モータ４と、ロボットアーム７に連結される基台６とが設けられる。またツール保持具２には、円柱状の接合ツール５が装着される。（たとえば、特許文献１参照）
図１８は、２つの被接合物８ａ，８ｂが接合された接合体８を拡大して示す断面図である。従来の技術の摩擦撹拌接合装置１は、ロボットアーム７によって２つの被接合物８ａ，８ｂに向かって変位駆動される。摩擦撹拌接合装置１は、ツール保持具２に装着される接合ツール５を被接合物８ａ，８ｂに回転接触させ、被接合物８ａ，８ｂに摩擦熱を発生させる。次に摩擦撹拌接合装置１は、接合ツール５の周囲を摩擦熱によって軟化させ、流動する被接合物を撹拌する。摩擦撹拌接合装置１は、２つの被接合物８ａ，８ｂを混ぜ合わせることによって、２つの被接合物８ａ，８ｂが混ざり合った接合領域８ｃを形成して、２つの被接合物８ａ，８ｂを接合する。
【０００３】
摩擦撹拌接合装置１は、ツール保持具２に装着した接合ツール５によって、繰り返し摩擦撹拌接合が行われる。接合ツール５は、繰り返し摩擦撹拌接合が行なわれると摩耗する。また接合ツール５が被接合物８ａ，８ｂに埋没することによって、摩擦撹拌接合が行われた接合部分９には、接合ツール５の埋没跡である接合孔１０が形成される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３１４９８２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術の摩擦撹拌接合装置１によって、複数の被接合物８ａ，８ｂが接合された接合体８には、接合部分９に接合孔１０が形成される。接合孔１０が形成されることによって接合体８の強度が低下する。また接合孔１０を埋めるためには、接合孔１０を埋める工程を別途行う必要がある。
【０００６】
したがって本発明の目的は、複数の被接合物が接合された接合体の強度を向上するとともに接合時に形成される接合孔を別途埋める必要がない摩擦撹拌接合装置および摩擦撹拌接合方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の被接合物を接合する摩擦撹拌接合装置であって、
予め定める基準軸線まわりに回転自在にかつ基準軸線に沿って変位自在に設けられ、接合ツールが着脱自在に装着され、接合ツールが被接合物に埋没される状態で、接合ツールを離脱するツール装着台と、
ツール装着台を基準軸線まわりに回転駆動するツール回転駆動手段と、
ツール装着台を基準軸線に沿って変位駆動するツール変位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。
【０００８】
本発明に従えば、被接合物に対して相対的に位置決めされて、ツール装着台を基準軸線まわりに回転駆動するとともに基準軸線に沿って変位駆動する。ツール装着台を駆動することによってツール装着台に装着された接合ツールを回転駆動および変位駆動する。接合ツールを被接合物に回転接触させることによって、被接合物に摩擦熱を生じさせて被接合物を軟化させる。また接合ツールを被接合物に埋没させることで、流動する複数の被接合物を撹拌して、複数の被接合物を接合する。接合ツールは、流動した被接合物を押し退けて被接合物に接合孔を形成する。
【０００９】
ツール装着台は、接合ツールが被接合物に埋没される状態で、接合ツールを離脱することによって、接合ツールが被接合物に固着し、接合ツールが埋没する接合体を形成することができる。このように接合ツールを埋没した接合体を形成することによって、接合体に形成される接合孔を塞ぐことができる。これによって接合体の強度を向上することができる。
【００１０】
具体的には、埋没した接合ツールが複数の被接合物にともに固着しているので、複数の被接合物が互いにずれることが防止され、接合強度を向上することができる。また接合孔が形成される部分に応力が集中することを防止することができる。
【００１１】
さらに接合孔が接合ツールによって塞がれているので、接合孔を埋めるための工程を別途行うことなく、接合孔を埋めることができる。また１つの接合ツールで１つの部分が接合されるので、１つの接合ツールによって繰り返し接合が行なわれることがなく、摩耗した接合ツールによって接合が行なわれることがない。これによって撹拌接合を均一に行うことができ、接合ツールの摩耗による接合不良をなくすことができる。
【００１２】
また本発明は、前記ツール装着台には、接合ツールが部分的に嵌合する嵌合部が形成され、この嵌合部は、接合ツールをツール装着台の軸線方向に変位させることによって、嵌合および嵌合解除自在に形成され、接合ツールが嵌合されることによってツール装着台に装着され、接合ツールが嵌合解除されることによってツール装着台から離脱されることを特徴とする。
【００１３】
本発明に従えば、接合ツールをツール装着台に嵌合させることによって、接合ツールをツール装着台に装着することができる。また嵌合状態を解除することによってツール装着台から離脱させることができる。したがって接合ツール装着台は、接合ツールを装着および装着解除するための複雑な機構を構成する必要がない。すなわち簡単な構成によって接合ツールをツール装着台に装着および離脱させることができる。
【００１４】
また本発明は、ツール装着台と被接合物との間の保持位置に、接合ツールを、その軸線が基準軸線と一致する状態で保持する保持手段をさらに含むことを特徴とする。
【００１５】
本発明に従えば、保持手段によって接合ツールが保持位置に保持された状態で、ツール装着台が被接合物に向かって変位駆動することによって、ツール装着台に接合ツールを装着させることができる。このように保持手段によって接合ツールが保持位置に保持されることによって、接合ツールをずれなく確実にツール装着台に装着することができる。これによって保持位置に接合ツールを手動で配置する必要がなく利便性を向上することができる。
【００１６】
またツール装着台を変位駆動するだけで、接合ツールの装着および装着解除を実現することができるので、接合動作を開始してツール装着台が被接合物に近づくときに接合ツールを装着し、接合動作を終えて被接合物から離れるときに接合ツールの装着を解除することができる。これによって接合ツールの装着および装着解除を別途制御する必要がない。
【００１７】
また本発明は、接合ツールを保持位置に供給する供給手段をさらに含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明に従えば、供給手段によって接合ツールを保持手段に供給することによって、保持手段に接合ツールを手動で供給することなくさらに利便性を向上することができる。
【００１９】
また本発明は、複数の被接合物を接合する摩擦撹拌接合方法であって、
接合ツールを回転させながら被接合物に挿入し、被接合物を軟化させて流動させる撹拌工程と、
接合ツールが被接合物に埋没される状態で、接合ツールの回転を停止し、接合ツールを被接合物に固着させる埋没工程とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合方法である。
【００２０】
本発明に従えば、撹拌工程によって、被接合物を軟化させて、接合ツールを被接合物に挿入することで、流動する複数の被接合物を撹拌して、複数の被接合物のそれぞれの境界部分を混ぜ合わせる。接合ツールは、流動した被接合物を押し退けて被接合物に接合孔を形成する。次に埋没工程によって、接合ツールが複数の被接合物に埋没される状態で、接合ツールの回転を停止し、接合ツールを被接合物に固着させる。複数の被接合物が接合された接合体は、接合ツールが固着することによって、撹拌工程時に被接合物に形成される接合孔が塞がれる。接合体は、接合孔が塞がれることによって、強度を向上することができる。
【００２１】
【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２０を示す斜視図である。摩擦撹拌接合装置２０は、重ね合わされた複数の被接合物に対して相対的に位置決めされた状態で、被接合物を摩擦撹拌接合（Ｆｒｉｃｔｉｏｎ　Ｓｔｉｒ　Ｗｅｌｄｉｎｇ：略称ＦＳＷ）する装置であり、特にスポット接合に用いられる。たとえば摩擦撹拌接合装置２０は、アルミ製の薄厚および中厚製品の製造に用いられ、自動車ボディ、意匠構造物およびその他重ね接合物の製造に用いられる。
【００２２】
摩擦撹拌接合装置２０は、接合ツールであるツールピン２１を被接合物に回転接触させるとともに押圧し、ツールピン２１と被接合物とに摩擦熱を生じさせる。次に摩擦熱によって被接合物を軟化させ、ツールピン２１を被接合物に埋没させる。ツールピン２１は複数の被接合物のそれぞれの境界部分付近まで埋没する。この状態でツールピン２１の周囲の部分であって、流動する部分を撹拌することによって、複数の被接合物のそれぞれの境界部分を混ぜ合わせ、複数の被接合物が接合された接合体を形成する。
【００２３】
摩擦撹拌接合装置２０は、予め定められる基準軸線Ｌ１まわりに回転自在かつ基準軸線Ｌ１に沿って変位自在に構成され、ツールピン２１が着脱自在に装着されるツール装着台２３と、ツール装着台２３を基準軸線Ｌ１まわりに回転駆動するツール回転駆動手段２４と、ツール装着台２３を基準軸線Ｌ１に沿って変位駆動するツール変位駆動手段２５と、ツール装着台２３に対向する位置に配置され、ツール装着台２３と反対側から被接合物を支持する受け台３０を有する受け台形成部３１と、受け台形成部３１を基準軸線Ｌ１に沿って変位駆動する受け台駆動手段３２と、ツール装着台２３と受け台形成部３１との間の保持位置にツールピン２１を保持する保持手段２６と、保持手段２６にツールピン２１を順次供給する供給手段２７と、ロボットアーム２９に連結される基台２８とを含んで構成される。
【００２４】
ツール装着台２３は、基準軸線Ｌ１に同軸な略円筒状に形成され、たとえば受け台３０側となる軸線方向一方側の端部である先端部３３に向かうにつれて先細となる略円錐台形状に形成される。ツール装着台２３は、ツール回転駆動手段２４によって基準軸線Ｌ１まわりに回転するとともにツール変位駆動手段２５によって基準軸線Ｌ１に沿って移動する。
【００２５】
ツール回転駆動手段２４は、ツール装着台２３を回転自在に支持するツール回転用軸受３４と、ツール装着台２３を基準軸線Ｌ１まわりに回転させるためのツール回転モータ３５と、ツール回転モータ３５からの回転力をツール装着台２３に伝達する伝達部とを有する。
【００２６】
回転用軸受３４は、ツール装着台２３を部分的に支持する。ツール装着台２３は、回転用軸受３４に支持される残余の部分が回転用軸受３４から基準軸線Ｌ１方向に突出する。ツール回転モータ３５は、ツール装着台２３の回転速度を調節可能に構成されることが好ましい。
【００２７】
ツール変位駆動手段２５は、基準軸線Ｌ１に沿って変位自在に構成される可動部（図示せず）と、可動部を基準軸線Ｌ１に沿って変位自在に支持する支持部３６と、可動部を基準軸線Ｌ１に沿って変位駆動するためのツール変位モータ３７と、ツール変位モータ３７からの回転力を基準軸線方向の直進力に変換して可動部に伝達する伝達部（図示せず）とを有する。たとえば支持部３６は、可動部を支持するガイドレールによって実現され、ツール変位モータ３７は、サーボモータによって実現される。また伝達部は、ツール変位モータ３７の回転力をねじまたは歯車を用いて直進力に変換する。またたとえばツール変位駆動手段２５は、リニアモータによって実現されてもよい。
【００２８】
ツール変位駆動手段２５の可動部には、ツール回転手段２４が固定される。またツール変位駆動手段２５の支持部３６は、基台２８に固定される。ツール変位モータ３７を回転することによって、可動部とともにツール回転駆動手段２４を基台２８に対して変位駆動することができる。
【００２９】
受け台形成部３１は、略Ｌ字状に形成され、基準軸線Ｌ１に対して間隔をあけて、基準軸線Ｌ１に略平行に延びる受け台形成部第１部分３８と、受け台形成部第１部分３８の基準軸線方向一端部３８ａに連なり、基準軸線Ｌ１に略垂直な方向に延びる受け台形成部第２部分３９とを有する。ただし本発明において、略平行とは平行を含み、略垂直とは垂直を含む。
【００３０】
受け台形成部第２部分３９は、受け台形成部第１部分３８の一端部３８ａから基準軸線Ｌ１を通過して延びる。受け台形成部第２部分３９には、受け台３０が設けられる。受け台３０は、受け台形成部第２部分３９からツール装着台２３に向かって基準軸線Ｌ１に沿って突出する。たとえば受け台３０は、基準軸線Ｌ１に同軸な略円柱状に形成され、ツール装着台２３に対して間隔をあけて配置される。
【００３１】
受け台駆動手段３２は、基準軸線Ｌ１に沿って変位自在に構成される可動部（図示せず）と、可動部を基準軸線Ｌ１に沿って変位自在に支持する支持部４０と、可動部を基準軸線Ｌ１に沿って変位駆動するための受け台変位モータ４１と、受け台変位モータ４１からの回転力を基準軸線方向の直進力に変換して可動部に伝達する伝達部（図示せず）とを有する。たとえば受け台駆動手段３２は、ツール変位駆動手段２５と同一の構成を有する。
【００３２】
受け台駆動手段３２の可動部には、受け台形成部３１の基準軸線方向他端部３８ｂが固定される。また受け台駆動手段３２の支持部４０は、基台２８に固定される。受け台変位モータ４１を回転させることによって、可動部とともに受け台形成部３１を基台２８に対して変位駆動することができる。
【００３３】
保持手段２６は、基台２８に固定される本体部４２と、ツールピン２１を支持するための２本の保持用棒４３，４４とを有する。本体部４２は、受け台３０とツール装着台２３との間に向かって延びる。２本の保持用棒４３，４４は、本体部４２に連結され、ともに予め設定される保持位置に向かって延びる。保持位置は、ツールピン２１が基準軸線Ｌ１に同軸に配置される位置である。
【００３４】
具体的には、２つの保持用棒４３，４４は、基準軸線Ｌ１に垂直な方向に並んで、互いに略平行に延びる。各保持用棒４３，４４は、それぞれ先端部４３ａ，４４ａに向かうにつれて、鉛直下向きに傾斜して延びる。２つの保持用棒４３，４４の間の間隔Ｄ１は、ツールピン２１の最大直径よりも小さく形成される。また２つのうちいずれか一方の保持用棒４３，４４は、その先端部４３ａ，４４ａが、他方の保持用棒４４，４３に近接するように屈曲して形成される。
【００３５】
本発明の実施の形態では、一方の保持用棒４４の先端部４４ａが、他方の保持用棒４３に向かって残余の部分から約９０度屈曲する。２つの保持用棒４３，４４は、弾性および可撓性を有し、たとえばばね鋼から成るばね棒によって実現される。
【００３６】
供給手段２７は、ツールピン２１を蓄積する補充パイプ４５と、補充パイプ４５を駆動する補充パイプ駆動手段５６とを有する。補充パイプ駆動手段５６は、基準軸線Ｌ１に沿って変位自在に構成される可動部（図示せず）と、可動部を基準軸線Ｌ１に沿って変位自在に支持する支持部４６と、可動部を基準軸線Ｌ１に沿って変位駆動するためのパイプ変位モータ４７と、パイプ変位モータ４７からの回転力を基準軸線方向の直進力に変換して可動部に伝達する伝達部（図示せず）とを有する。たとえば補充パイプ駆動手段５６は、ツール変位駆動手段２５と同一の構成を有する。
【００３７】
保持パイプ駆動手段５６の可動部には、基準軸線Ｌ１に沿って延びる補充パイプ４５が固定されている。また補充パイプ駆動手段５６の支持部４６は、基台２８に固定される。パイプ変位モータ４７を回転させることによって、可動部とともに補充パイプ４５を基台２８に対して基準軸線Ｌ１沿う方向に変位駆動することができる。
【００３８】
補充パイプ４５は、両端に開口が形成される円筒状であり、ツールピン２１を複数収容可能に形成される。補充パイプ４５内に収容される複数のツールピン２１は、基準軸線Ｌ１に沿って一列に並ぶ。また補充パイプ４５は、その下方側の開口が２つの保持用棒４３，４４に臨んで配置される。
【００３９】
基台２８は、上述するようにツール変位駆動手段２５の支持部３６、受け台駆動手段３２の支持部４０、保持手段２６の本体部４２および補充パイプ駆動手段５６の支持部４６が固定される。また基台２８は、ロボットアーム２９の先端部２９ａに連結される。基台２８は、ロボットアーム２９によって変位駆動され、接合が行われる被接合物の接合位置に移動する。基台２８が移動すると、基台２８に固定される各手段もまた基台２８と一体的に移動し、摩擦撹拌接合装置が移動する。
【００４０】
図２は、ツール装着台２３とツールピン２１とを拡大して示す斜視図であり、図３は、ツールピン２１を装着した状態のツール装着台２３を示す断面図である。
【００４１】
ツール装着台２３の受け台３０側となる先端部３３には、ツールピン２１が部分的に嵌合する嵌合部４８が形成される。本実施の形態では、嵌合部４８には、凹所４９が形成される。凹所４９は、先端部３３の端面５３から没入し、基準軸線Ｌ１と同軸に形成される。
【００４２】
ツールピン２１は、部分的に嵌合部４８に嵌合してツール装着台２３に装着される。装着されるツールピン２１とツール装着台２３とは、互いの軸線が同軸となるように形成される。ツール装着台２３に装着されたツールピン２１は、ツール装着台２３に対して相対的に基準軸線Ｌ１まわりに回転することが阻止され、ツール装着台２３とともに回転する。またツール装着台２３に装着されたツールピン２１は、基準軸線Ｌ１に沿う方向に変位自在に形成される。ツール装着台２３が基準軸線Ｌ１に沿ってツールピン２１から離反する方向に移動することによって、ツールピン２１とツール装着台２３との装着が解除される。
【００４３】
ツールピン２１は、たとえば略コマ状に形成され、短円柱状に形成される円柱部５０と、円柱部５０の軸線方向一方側に連なり、ピン状に形成されてツール装着台２３の凹所４９に嵌合する突部５１と、円柱部５０の軸線方向他方側に連なり、円錐状に形成される円錐部５２とを有する。円柱部５０の軸線方向一方側端面５４は、円柱部５０の軸線に垂直に形成され、突部５１は、円柱部５０の軸線に沿って突出する。また円柱部５０の他方側端部には円錐部５２の底面が連なり、円柱部５０の直径と円錐部５２の底面の直径とは、同じ大きさに形成される。また円錐部５２の頂点５２ａは、円柱部５０の軸線上に形成される。
【００４４】
ツールピン２１の突部５１が、ツール装着台２３に嵌合した状態で、ツール装着台２３の先端部３３の端面５３と、ツールピン２１の円柱部５０の軸線方向一方側端面５４とが互いに当接する。またツール装着台２３の先端部３３の端面５３と、ツールピン２１の円柱部５０の軸線方向一方側端面５４とは、装着状態において、中心が同軸の円形に形成される。
【００４５】
またツール装着台２３の先端部３３の端面５３の外径が、ツールピン２１の円柱部５０の一方側端面５４の外径よりも大きく形成される。ツールピン装着状態においてツール装着台２３の先端部３３の端面５３が露出する部分は、ツールピン２１の軸線に対して垂直であり、被接合物に当接するショルダー面５５となる。
【００４６】
本発明の実施の形態では、図１に示すように基準軸線Ｌ１は、鉛直方向に略平行に延びる。したがってツール装着台２３は、上下方向Ａ１，Ａ２に変位駆動し、ツール装着台２３の下端部に嵌合部４８が形成される。また補充パイプ４５は、上下方向に延び、補充パイプ４５の下方に２つの保持用棒４３，４４が配置される。
【００４７】
図４は、摩擦撹拌接合装置２０の電気的構成を示すブロック図である。摩擦撹拌接合装置２０は、ツール回転駆動手段２４、ツール変位駆動手段２５、受け台駆動手段３２および補充パイプ駆動手段５６を制御する制御手段５７をさらに有する。
【００４８】
制御手段５７は、ロボットアーム２９を駆動するロボットアーム駆動手段５８から信号を受け取り、摩擦撹拌接合装置の移動位置を知る。また制御手段５７は、ツール回転駆動手段２４にツール装着台２３の回転駆動および回転停止を示す信号を与える。また制御手段５７は、ツール変位駆動手段２５にツール装着台２３の変位駆動および変位停止を示す信号を与える。また制御手段５７は、受け台駆動手段３２に受け台形成部３０の変位駆動および変位停止を示す信号を与える。また制御手段５７は、補充パイプ駆動手段５６に補充パイプの変位駆動および変位停止を示す信号を与える。
【００４９】
また制御手段５７は、ツール回転駆動手段２４、ツール変位駆動手段２５および受け台変位駆動手段３２から、それぞれ各モータ３５，３７，４１に流される電流値が与えられ、それぞれの電流値に基づいて各モータ３５，３７，４１の負荷トルクを検出してもよい。
【００５０】
図５は、ツールピン２１を保持位置に保持する保持手段２６を簡略化して示す図である。保持手段２６に供給されるツールピン２１は、その円錐部５２が、２つの保持用棒４３，４４の間に嵌り込む。２つの保持用棒４３，４４が先端部４３ａ，４４ａに向かうにつれて下方Ａ１に傾斜して延びるので、２つの保持用棒４３，４４に嵌り込んだツールピン２１は、自重によって下方Ａ１に向かって移動する。また、ツールピン２１を保持用棒４３，４４の先端部４３ａ，４４ａに移動させる移動手段を備えてもよい。たとえば保持手段２６の本体部４２から空気が噴出する空気供給手段を有してもよい。空気供給手段によって本体部４２から空気をツールピン２１に噴きつけて、ツールピン２１を移動させる。またたとえば保持用棒４３，４４の先端部４３ａ，４４ａ付近に空気を吸引する空気吸引手段を有してもよい。空気吸引手段によってツールピン２１を吸引して移動させる。
【００５１】
一方の保持用棒４４の先端部４４ａが、他方の保持用棒４３に向かって屈曲するので、２つの保持用棒４３，４４に沿って移動するツールピン２１は、保持用棒４３，４４の先端部４３ａ，４４ａで移動が阻止される。言換えるとツールピン２１は、各保持用棒４３，４４の先端部４３ａ，４４ａで保持される。保持棒４３，４４によって保持されるツールピン２１は、ツール装着台２３と受け台３０との間であって、ツールピン２１の軸線が基準軸線Ｌ１と一致する状態となる保持位置で保持される。このようにツールピン２１を保持位置で保持するように保持用棒４３，４４の形状が決定される。
【００５２】
補充パイプ４５の下方側開口は、各保持用棒４３，４４に臨んで配置される。補充パイプ４５に収容され、上下方向Ａ１，Ａ２方向に並ぶツールピン２１のうち最も下側のツールピン２１は、各保持用棒４３，４４に嵌り込んで、鉛直下向きに移動することが阻止される。また補充パイプ４５の内周面に当接して、各保持用棒４３，４４に沿って移動することが阻止される。
【００５３】
図６は、ツールピン２１を供給する動作を説明するための図である。保持位置にあるツールピン２１が消費され、ツールピン２１を保持位置に供給する必要があると制御手段５７が判断すると、補充パイプ駆動手段５６に補充パイプ４５を上昇させる指令を与える。
【００５４】
制御手段５７から補充パイプ４５を上昇させる指令が与えられた補充パイプ駆動手段５６は、補充パイプ４５を各保持用棒４３，４４に対して予め定める距離分だけ上昇させる。たとえば補充パイプ駆動手段５６は、ツールピン２１の軸線方向寸法分だけ上昇させる。
【００５５】
これによって補充パイプ４５に収容されて、上下方向Ａ１，Ａ２方向に並ぶツールピン２１のうち最も下側のツールピン２１は、補充パイプ４５の内周面に当接した状態が解除され、各保持用棒４３，４４に沿って移動する。移動したツールピン２１は、各保持用棒４３，４４の先端部４３ａ，４４ａまで移動し、保持用棒４３，４４によって保持位置に保持される。図６において保持位置に保持されたツールピン２１を２点鎖線で示す。
【００５６】
制御手段５７は、予め定める時間が経過すると補充パイプ４５を下降させる指令を与える。制御手段５７から補充パイプ４５を下降させる指令が与えられた補充パイプ駆動手段５６は、補充パイプ４５を各保持用棒４３，４４に対して予め定める距離分だけ下降させる。たとえば補充パイプ駆動手段５６は、１つのツールピン２１の軸線方向寸法分だけ下降させる。
【００５７】
補充パイプ４５に収容される複数のツールピン２１のうち最も下側のツールピン２１が移動した後に、補充パイプ４５は、収容する複数のツールピン２１を内周面に当接させることができる。これによって複数のツールピン２１が一度に保持用棒４３，４４に沿って移動することを防止する。このように摩擦撹拌接合装置２０は、ツールピン２１を保持手段２６に供給する供給動作を行う。摩擦撹拌接合装置２０が、ツールピン２１が消費されるたびに供給動作を行うことによって、手動で作業者が保持位置にツールピン２１を配置する必要がない。
【００５８】
摩擦撹拌接合装置２０は、補充パイプ４５にツールピン２１を収容した状態で移動し、摩擦撹拌接合時に補充パイプ４５から保持位置にツールピン２１を順次供給する。またツールピン２１が保持位置にない状態で移動する。これによって摩擦撹拌接合装置２０が、移動時に振動しても、また移動開始および移動終了時に加速しても、ツールピン２１が落下することを防止することができる。
【００５９】
図７は、摩擦撹拌接合装置２０の動作を説明するためのタイミングチャートである。２つの被接合物２２ａ，２２ｂの摩擦撹拌接合にあたって、受け台３０の上下方向の位置は、図７（１）に示されるとおりである。また補充パイプ４５の上下方向の位置は、図７（２）に示されるとおりである。またツール装着台２３の上下方向の位置は、図７（３）に示されるとおりである。またツール装着台２３の回転速度は、図７（４）に示されるとおりである。また接合を行うためのツールピン２１の上下方向の位置は、図７（５）に示されるとおりである。
【００６０】
図８は、摩擦撹拌接合時における制御手段５７の動作を説明するためのフローチャートである。また図９は、摩擦撹拌接合装置２０の摩擦撹拌接合動作を説明するための図であり、図９（１）〜図９（４）に順に動作が進む。図７〜図９を参照して、摩擦撹拌接合装置２０の摩擦撹拌接合動作を説明する。
【００６１】
受け台３０が移動する時間Ｔ１以前では、ロボットアーム２９によって摩擦撹拌接合装置２０が被接合物２２に向かって移動する。受け台３０、補充パイプ４５、ツール装着台２３およびツールピン２１は、相対的な位置関係の変化がない状態で移動する。
【００６２】
このとき受け台３０とツール装着台２３との間の寸法は、接合すべき２つの被接合物２２ａ，２２ｂの厚み寸法よりも大きく設定される。またツール装着台２３は、回転が停止している。またツールピン２１は、補充パイプ４５に複数収容されている。
【００６３】
ロボットアーム２９によって摩擦撹拌接合装置２０が各被接合物２２ａ，２２ｂを接合するための予め定められた位置に移動すると、図７の時刻Ｔ１に達し、図９のステップｓ１に進んで摩擦撹拌接合における各動作を開始する。このときツール装着台２３と受け台３０と間には重ね合わされた２つの被接合物２２ａ，２２ｂが配置される。またツールピン２１は、保持位置に保持されていない。
【００６４】
ステップｓ１において、制御手段５７が受け台駆動手段３２に指令を与える。図７の時刻Ｔ１で、制御手段５７から指令を与えられた受け台駆動手段３２は、被接合物２２ａ，２２ｂの厚み方向寸法に基づいて、受け台形成部３１を上方向に変位駆動する。受け台３０の上側端面が下側の被接合物２２ｂの下側端面に当接すると図７の時刻Ｔ２に達し、ステップｓ２に進む。たとえば制御手段５７は、受け台変位モータ４１の負荷トルクを検出することによって、受け台３０が下側の被接合物２２ｂの下側端面に当接したことを判断する。
【００６５】
ステップｓ２において、制御手段５７が補充パイプ駆動手段５６に指令を与える。図７の時刻Ｔ２で、制御手段５７から指令を与えられた補充パイプ駆動手段５６は、補充パイプ４５を上方向Ａ２に変位駆動する。これによって補充パイプ４５が収容する複数のツールピン２１のうち最も下側のツールピン２１が、保持位置に移動する。また補充パイプ駆動手段５６は、１つのツールピン２１を保持位置に移動させると、補充パイプ４５を下方向Ａ１に変位移動し、複数のツールピン２１が同時に保持位置に向かって移動しないようにする。１つのツールピン２１が保持位置に移動すると図７の時刻Ｔ３に達し、ステップｓ３に進む。
【００６６】
ステップｓ３において、制御手段５７が、ツール回転駆動手段２４およびツール変位駆動手段２５に指令を与える。図７の時刻Ｔ３で、制御手段５７から指令を与えられたツール回転駆動手段２４は、ツール装着台２３を回転させる。また制御手段５７から指令を与えられたツール変位駆動手段２５は、ツール装着台２３を下方に移動させる。
【００６７】
このときツール装着台２３は、被接合物２２ａ，２２ｂに摩擦熱を生じさせるための回転速度Ｒ１に比べて小さい回転速度Ｒ２で回転する。またツール装着台２３は、被接合物２２ａ，２２ｂに摩擦熱を生じさせるための加圧力に比べて小さい加圧力が与えられる。
【００６８】
図９（１）に示すように、ツール装着台２３を回転させながら下降させることによって、図９（２）に示すように、図７の時刻Ｔ４に達して、ツール装着台２３の凹所４９に、ツールピン２１の突部５１が嵌合する。ツール装着台２３が小さい回転速度および加圧力に設定されることによって、嵌合不良を生じることなく確実にツール装着台２３の凹所４９にツールピン２１の突部５１を嵌合させることができる。ツール装着台２３と凹所４９とが嵌合することによって、ツール装着台２３にツールピン２１が装着され、ステップｓ４に進む。
【００６９】
ステップｓ４において、制御手段５７が、ツール回転駆動手段２４およびツール変位駆動手段２５に指令を与える。図７の時刻Ｔ４で、制御手段５７から指令を与えられたツール回転駆動手段２４は、図７の時刻Ｔ４より前に比べて、ツール装着台２３を高速回転させる。また図７の時刻Ｔ４で、制御手段５７から指令を与えられたツール変位駆動手段２５は、図７の時刻Ｔ４より前に比べて、ツール装着台２３の加圧力を大きくして、ツール装着台２３を下方に移動させる。
【００７０】
装着されたツールピン２１とともにツール装着台２３を回転させながら下降させることによって、ツールピン２１と被接合物２２ａ，２２ｂとの間で摩擦熱を生じさせる。図９（３）に示すように、摩擦熱によって被接合物２２ａ，２２ｂを軟化させ、ツールピン２１を被接合物２２１，２２ｂに埋没して下方Ａ１に変位させる。ツール装着台２３は、下降してツールピン２１を保持する保持用棒４３，４４を基準軸線Ｌ１に対して垂直な方向に押し拡げ、ツール装着台２３の外周面に当接させる。
【００７１】
ツールピン２１とともにツール装着台２３が下降して、図７の時刻Ｔ５に達すると、ツール装着台２３のショルダー面５５が被接合物２２ａに接触し、ステップｓ５に進む。制御手段５７は、ツール回転駆動手段２４またはツール変位駆動手段２５の負荷トルクを検出することによってショルダー面５５が被接合物２２ａに当接したかを判断する。
【００７２】
ステップｓ５において、制御手段５７が、ツール変位駆動手段２５に指令を与える。図７の時刻Ｔ５で、制御手段５７から指令を与えられたツール変位駆動手段２５は、図７の時刻Ｔ５より前に比べて、ツール装着台２３の下降速度を低下する。たとえばツール装着台２３に与える加圧力を小さくする。ショルダー面５５が被接合物２２に当接することによって、より確実に被接合物２２を軟化し、ツールピン２１の周囲の被接合物２２を流動して、流動する被接合物を撹拌して混ぜ合わせる。図７の時刻Ｔ６に達すると、流動する被接合物２２の撹拌が十分に行われ、ステップｓ６に進む。
【００７３】
ステップｓ６では、制御手段５７が、ツール回転駆動手段２４、ツール変位駆動手段２５および受け台駆動手段５６に指令を与える。図７の時刻Ｔ６で、制御手段５７から指令を与えられたツール回転駆動手段２４は、図９（４）に示すように、ツール装着台２３の回転を停止する。また制御手段５７から指令を与えられたツール変位駆動手段２５は、ツール装着台２３の回転停止後、ツール装着台２３を上昇駆動する。ツール装着台２３が上昇すると、ツールピン２１との装着状態が解除され、ツールピン２１は、ツール装着台２３から離脱する。したがってツールピン２１の上下方向の位置は変化せず、ツール装着台２３のみが上方Ａ２に移動する。また受け台駆動手段５６は、受け台形成部３１を下方に駆動する。図７の時刻Ｔ７に達すると、ツール装着台２３および受け台３０は、基台２８に対する初期位置に移動し、ステップｓ７に進み、摩擦撹拌動作を終了する。繰り返し摩擦撹拌接合が行われる場合には、ロボットアームによって別の接合位置に移動し、再びステップｓ１〜ｓ６が繰り返される。制御手段５７は、時刻Ｔ１〜Ｔ７を計時することによって各ステップｓ１〜ｓ６を順に移行してもよく、また接合状態を検出するセンサによって各ステップｓ１〜ｓ６を順に移行してもよい。
【００７４】
図１０は、摩擦撹拌接合装置２０によって２つの被接合物２２ａ，２２ｂが接合された接合体２２を示す断面図である。ツールピン２１が回転接触することによって、重ねられた２つの被接合物２２ａ，２２ｂがそれぞれ部分的に流動化して、流動化した部分が撹拌される。流動化したそれぞれの部分は、互いに混ぜ合わされて２つの被接合物２２ａ，２２ｂを接合する接合領域２２ｃが形成される。接合領域２２ｃが固まることによって２つの被接合物２２ａ，２２ｂが接合された接合体２２が形成される。
【００７５】
ツールピン２１は、２つの被接合物２２ａ，２２ｂに埋没することによって、流動化した被接合物２２ａ，２２ｂを押し退け、被接合物２２ａ，２２ｂにツールピン２１が嵌り込む空間となる接合孔９０を形成する。接合体２２は、埋没したツールピン２１を含んで固まる。したがって摩擦撹拌接合装置２０は、２つの被接合物２２ａ，２２ｂを接合するとともに、ツールピン２１によって接合孔９０を塞ぐことができる。
【００７６】
このように接合体２２にツールピン２１が埋没して固着するので、接合体２２の接合部分における、ツールピン挿入側の面９２からツールピン挿入側と反対側の面９３までの最小厚み寸法Ｄ２は、２つの被接合物２２ａ，２２ｂの厚み寸法を足し合わせた厚み寸法Ｄ３とほぼ同じとなる。また厚み方向とは、ツールピン２１が接合時に挿入した方向である。
【００７７】
図１１は、２つの被接合物１２２ａ，１２２ｂを部分的に流動させた状態からツールピン２１を離脱して、各被接合物１２２ａ，１２２ｂが接合された比較例の接合体１２２を示す断面図である。ツールピン２１が流動化した状態の被接合物１２２ａ，１２２ｂから離脱することによって、ツールピン２１が嵌り込んだ空間となる接合孔９０が塞がれることなく形成される。これによってツールピン挿入側の面１９２からツールピン挿入側と反対側の面１９３までの最小厚み寸法Ｄ４は、２つの被接合物１２２ａ，１２２ｂを足し合わせた厚み寸法Ｄ５よりも小さくなる。また各被接合物１２２ａ，１２２ｂの接合領域１２２ｃの厚み寸法Ｄ１０が本発明によって接合された場合の接合領域の厚み寸法に比べて薄くなる。
【００７８】
このように本発明の摩擦撹拌接合装置２０によって接合された接合体２２は、一方の被接合物２２ａと他方の被接合物２２ｂとを互いに反対方向に引張るせん断力Ｆ１が働いた場合、ツールピン２１が２つの被接合物２２ａ，２２ｂの両方に埋没するので、せん断力Ｆ１が働く方向に２つの被接合物２２ａ，２２ｂがずれることを防止できる。これによって接合強度を向上することができる。
【００７９】
また本発明によって接合される接合体２２は、接合孔９０をツールピン２１によって埋めて塞ぐことができる。接合体２２のツールピン挿入側の面９２とツールピン挿入側と反対側の面９３との間の最小厚み寸法Ｄ３は、残余の部分とほぼ同じにすることができる。これによって接合体２２の接合部分に応力が集中することを防ぐことができ、接合体２２の強度を向上することができる。また本発明に示すようにツールピン２１が埋設される接合体２２は、ツールピン２１を接合体２２から離脱する場合に比べて接合領域の厚みを大きくすることができ、接合強度を向上することができる。
【００８０】
以上のように本発明の摩擦撹拌接合装置２０に従えば、ツールピン２１を複数の被接合物２２ａ，２２ｂに埋没した状態で、ツールピン２１を各被接合物２２ａ，２２ｂに固着する。これによって接合体２２に形成される接合孔９０をツールピン２１によって塞ぐことができる。ツールピン２１によって接合体２２に形成される接合孔９０を塞ぐことによって接合体２２の接合強度を向上することができる。また接合孔９０を塞ぐことによって、接合体２２の気密性を向上することができる。
【００８１】
また接合体２２に形成される接合孔９０を埋めるための工程を別途行う必要がないので、製造時における工程数を低減することができ、製造コストを低減することができる。またツールピン２１ごとに１つの部分が接合されるので摩耗したツールピン２１によって摩擦撹拌接合が行われることがない。これによって摩擦撹拌接合を均一に行うことができ、接合不良を防止することができる。またツールピン２１は、摩耗による影響を考慮することがないので、柔らかい材料によって実現することができる。ツールピン２１は、被接合物と同じ材料であっても異なる材料であってもよい。たとえば被接合物２２ａ，２２ｂがアルミ合金からなる場合、ツールピン２１自体もアルミ合金を用いることによって、接合時にツールピン２１自体が部分的に流動化する。これによって接合領域２２ｃをふやすことができ、接合体２２の接合強度をさらに向上することができる。また被接合物２２ａ，２２ｂよりも硬い材質からツールピン２１を構成することによっても強度を向上することができる。
【００８２】
またツール装着台２３とツールピン２１とを嵌合することによってツールピン２１をツール装着台２３に装着し、ツール装着台２３とツールピン２１との嵌合を解除することによってツールピン２１をツール装着台２３から離脱する。これによってツール装着台２３をツール変位駆動手段２５によって変位駆動するだけで、ツールピン２１の装着および装着解除機構を達成することができる。簡単な構成によってツールピン２１の装着および装着解除を実現し、摩擦撹拌接合装置２０を安価に製造することができる。また構成が簡単なので故障が少なくメンテナンスを容易にすることができる。
【００８３】
また保持手段２６によってツールピン２１が保持位置に保持された状態で、ツール装着台２３が被接合物２２ａ，２２ｂに向かって変位駆動することによって、ツール装着台２３にツールピン２１を装着させることができる。これによってツールピン２１をずれなく確実にツール装着台２３に装着することができるとともに手動でツールピン２１をツール装着台２３に装着する必要がなく利便性を向上することができる。
【００８４】
たとえば摩擦撹拌接合装置２０は、重ね合わされた複数の被接合物２２ａ，２２ｂに対して複数の接合位置に順次移動して接合する。上述するようにツールピン２１を保持位置に保持することができるので、作業者がツール装着台２３に近づく必要がなく、安全に作業を行うことができる。また補充パイプ４５によって複数のツールピン２１を保持手段２６に順次供給することによって、連続して摩擦撹拌接合を行うことができる。また作業者が保持手段２６に近づく必要がなく、安全に作業を行うことができる。このように手動ではツールピン２１を供給および供給することができない位置に摩擦撹拌接合装置２０が移動しても、良好にツールピン２１を保持手段２６に供給することができ、利便性を向上することができる。
【００８５】
またツール装着台２３は、ショルダー面５５が形成される。ショルダー面５５が被接合物２２ａ，２２ｂに回転接触することによって、ツールピン２１近傍の被接合物２２ａ，２２ｂをより確実に加熱することができ、被接合物２２ａ，２２ｂの流動化を促進させることができる。またツールピン２１は、軸線方向一端部が円錐形状に形成されるので、被接合物２２ａ，２２ｂに埋没しやすく、埋没するのにかかる時間を短縮することができる。また円錐部の頂点５２ａが基準軸線状に配置されるので、接合位置がずれることを防止することができる。
【００８６】
またツールピン２１は、図９（１）に示すように上側の被接合物２２ａの表面に先端が当接した状態で保持される。ツール装着台２３を被接合物２２ａ，２２ｂに向かう方向に変位駆動した場合に、ツール装着台２３とツールピン２１とが離脱することなく、確実にツールピン２１を被接合物２２ａ，２２ｂに埋没させることができる。
【００８７】
図１２は、他の実施例として、図２に示すツールピン２１とは異なる他のツールピン１２１が装着された状態のツール装着台２３を示す図である。また図１３は、他のツールピン１２１が装着されたときの接合動作を簡略化して示す断面図である。
【００８８】
摩擦撹拌接合装置２０は、図１２に示す他のツールピン１２１が装着されてもよい。ツールピン１２１は、図２に示すツールピン２１に対して、円柱部１５０および円錐部１５２の形状が異なる。円柱部１５０外径Ｄ１０は、ツール装着台２３の先端部端面５３の外径Ｄ１１とほぼ同じ形状に形成される。またツールピン１２１のその他の形状については、図２に示すツールピン２１と同様の形状を示す。ツールピン１２１が装着状態において、ツール装着台２３は、ツールピン１２１の外周面１８０とツール装着台２３の外周面１８１とが滑らかに連なる。
【００８９】
２つの保持用棒４３，４４は、ツールピン１２１の円錐部１５２の外周面１８２に当接してツールピン１２１を保持する。摩擦撹拌接合時において、ツールピン２１が被接合物２２ａへ埋没するにつれて、各保持用棒４３，４４は、互いの間隔が押し拡げられて変形する。ツールピン１２１が埋没するにつれて、円錐部の外周面１８２に当接していた保持用棒４３，４４は、ツールピン１２１の円柱部１５０の外周面１８０に当接し、次にツール装着台２３の外周面１８１に当接する。
【００９０】
このとき円柱部１５０の外周面１８０とツール装着台２３の外周面１８１とが滑らかに連なるので、保持用棒４３，４４は、ツール装着台２３の端面５３に引っ掛かることなく互いに離反する方向に円滑に拡がる。これによって保持用棒４３，４４が摩擦撹拌接合動作を阻害することを防止することができる。
【００９１】
また本実施の形態では、ツール装着台２３の外周面１８１とツールピン１２１の外周面１８０とを滑らかに形成するためにツールピン１２１の形状を変更したが、ツール装着台２３の形状を変更してもよい。また図３に示すショルダー面５５を、半径方向外方に向かうにつれて装着されるツールピン２１から離反する方向に傾斜させてもよい。このようにツール装着台２３の形状を変更することによっても、保持用棒４３，４４が摩擦撹拌接合動作を阻害することを防止することができる。
【００９２】
図１４は、本発明の他の実施の形態であるツール装着台２２３とツールピン２２１とを示す斜視図であり、図１５は、ツール装着台２２３とツールピン２２１とを示す断面図である。図１に示す摩擦撹拌接合装置２０は、図１に示すツール装着台２３に換えて図１４および図１５に示すツール装着台２２３を有してもよい。
【００９３】
ツール装着台２２３は、ツールピン２２１が部分的に嵌合する嵌合部２４８が形成される。嵌合部２４８には、突部２４９が形成される。突部２４９は、ツール装着台２２３の受け台３０側となる先端部２３３の端面２５３から突出し、基準軸線Ｌ１と同軸に形成される。突部２４９は、たとえばピン状に形成される。
【００９４】
ツールピン２２１は、軸線方向一方側にツール装着台２２３の突部２４９に嵌合する凹所２５１が形成される短円柱状の円柱部２５０と、円柱部２５０の軸線方向他方側に連なり、円錐状に形成される円錐部２５２とを有する。円柱部２５０の軸線方向一方側端面２５４は、円柱部２５０の軸線に垂直に形成される。凹所２５１は、円柱部１５０の軸線に沿って没入する。円柱部２５０の直径と円錐部２５２の底面の直径とは、同じ大きさに形成される。また円錐部２５２の頂点２５２ａは、円柱部２５０の軸線上に位置する。
【００９５】
ツール装着台２２３には、ツールピン２２１の軸線に対して垂直であり、被接合物１２２に当接するショルダー面２５５が形成される。摩擦撹拌接合装置２０は、図１に示すツール装着台２３に代えて図１４および図１５に示すツール装着台２２３を有してもよく、図１４および図１５に示すツールピン２２１を嵌合および嵌合解除することによってツールピン２２１を装着および装着解除することができる。
【００９６】
以上のようにツール装着台２２３に突部２４９が形成され、ツールピン２２１に凹所２５１が形成される場合であっても、図１に示す摩擦撹拌接合装置２０と同様の効果を得ることができる。さらに接合部分には、ツールピン２２１から突出する突起がなく、２つの被接合物２２ａ，２２ｂが接合された接合体２２の表面を滑らかに形成することができる。
【００９７】
図１６は、ツールピン２２１を示す平面図である。ツールピン２２１とツール装着台２２３とが嵌合する嵌合部分の形状は、ツール装着台２２３に装着されたツールピン２２１がツール装着台２２３に対してまわり止めされる形状であればよい。
【００９８】
たとえば図１６（１）に示すようにツールピン２２１ａの凹所２５１ａの形状が軸線を中心とする四角柱形状に形成され、ツールピン２２１ａの凹所２５１ａに嵌合するツール装着台２２３の突部２４９の形状が、凹所２５１ａに対応する四角柱形状に形成されてもよい。
【００９９】
また図１５（２）に示すように、ツールピン２２１ｂの凹所２５１ｂの形状が軸線を中心とする多角柱形状、たとえば星形柱状に形成され、ツールピン２２１ｂの凹所２５１ｂに嵌合するツール装着台２２３の突部２４９の形状が、凹所２５１ｂに対応する多角柱形状、たとえば星形柱状に形成されてもよい。
【０１００】
また図１５（３）に示すように、ツールピン２２１ｃの凹所２５１ｃの形状が軸線を中心とする曲線で囲まれる形状の柱形状、たとえばヒトデ形状に形成され、ツールピン２２１ｂの凹所２５１ｃに嵌合するツール装着台２２３の突部２４９の形状が、凹所２５１ｃに対応する形状に形成されてもよい。
【０１０１】
またツールピン２２１の凹所２５１およびツール装着台２２３の突部２５１は、さらに他の形状であってもよく、まわり止めして互いに嵌合する形状であればどのような形状であってもよい。また図２に示すようにツールピン２１に突部５１が形成され、ツール装着台２３に凹所４９が形成される場合も同様である。すなわちツールピン２１の突部５１およびツール装着台２３の凹所５１は、まわり止めして互いに嵌合する形状であればどのような形状であってもよい。
【０１０２】
以上のような形状にツールピン２１，２２１およびツール装着台２３，２２３が形成されることによって、ツールピン２１，２２１をツール装着台２３，２２３に対してまわり止めすることができ、ツールピン２１，２２１をツール装着台２３，２２３とともに確実に回転させることができる。これによって回転接触時にツールピン２１，２２１の空回りを防止して、摩擦撹拌接合を良好に行うことができる。
【０１０３】
また上述する摩擦撹拌接合装置２０の構成は、本発明の例示に過ぎず発明の範囲内において構成を変更することができる。本発明の実施の形態では、ツールピン２１，２２１をツール装着台２３，２２３に嵌合および嵌合解除することによって、ツールピン２１，２２１を装着および装着解除したが、ツールピン２１，２２１を被接合物２２ａ，２２ｂに埋没した状態でツールピン２１，２２１との装着状態を解除する構成であれば他の構成であってもよい。
【０１０４】
たとえばツール装着台２３，２２３がツールピン２１，２２１を把持し、ツールピン２１，２２１が被接合物２２１，２２ｂに埋没した状態で把持状態を解除する機構であってもよい。また保持手段２６および供給手段２７も他の構成に変更してもよい。ツールピン２１の形状についても本実施例に限定されない。
【０１０５】
また基準軸線Ｌ１が鉛直方向に延びるとしたが、ツールピン２１，２２１を自重に抗して装着、装着解除、保持および供給する構成にすることによって、基準軸線Ｌ１を鉛直方向に交差する方向に延びてもよい。これによって鉛直方向に交差する方向に重なる被接合物２２ａ，２２ｂを互いに接合することができる。
【０１０６】
また本発明は、ツールピン２１を回転させながら被接合物２２ａ，２２ｂに挿入し、被接合物２２ａ，２２ｂを軟化させて流動させる撹拌工程と、ツールピン２１が被接合物２２ａ，２２ｂに埋没される状態で、ツールピン２１の回転を停止し、ツールピン２１を被接合物２２ａ，２２ｂに固着させる埋没工程とを有する摩擦撹拌接合方法も含み、摩擦撹拌接合動作について一部を手動で行ってもよい。
【０１０７】
【発明の効果】
請求項１記載の本発明によれば、被接合物に埋没される状態で接合ツールを離脱することによって、形成される接合孔を埋めて複数の被接合物を接合することができる。接合孔が埋められることによって被接合物の強度を向上することができる。また被接合物の表面を滑らかに形成することができ、美観を向上することができる。さらに１つの接合ツールによって繰り返し接合が行なわれることがないので、接合ツールの摩耗を考慮する必要がなく、接合ツールの摩耗による接合不良をなくすことができる。
【０１０８】
また請求項２記載の本発明によれば、ツール装着台を軸線方向に変位させることによって、接合ツールの装着および離脱を実現することができる。これによってツール装着台に接合ツールの装着および離脱のための複雑な機構を構成する必要がない。すなわち簡単な構成によって接合ツールをツール装着台に装着および装着解除させることができる。これによって安価にツール装着台を実現することができるとともに、故障が少なくメンテナンスの容易なツール装着台を実現することができる。
【０１０９】
請求項３記載の本発明によれば、保持手段によって接合ツールを保持位置に保持することによって、接合ツールをずれなく確実にツール装着台に装着することができる。これによって手動で保持位置に接合ツールを配置させる必要がなく利便性を向上することができる。たとえば手動では接合ツールを保持することができない位置に摩擦撹拌接合装置が移動しても、良好に接合することができる。また作業者がツール装着台に近づく必要がなく、安全に作業を行うことができる。
【０１１０】
またツール装着台が接合動作のために被接合物に近接および離反する動作によって、接合ツールの装着および装着解除することができるので、接合ツールの装着および装着解除を別途制御する必要がない。
【０１１１】
また請求項４記載の本発明によれば、供給手段によって接合ツールを保持手段に供給することによって、保持手段に接合ツールを手動で供給することなくさらに利便性を向上することができる。たとえば手動では接合ツールを供給することができない位置に摩擦撹拌接合装置が移動しても、良好に接合ツールを保持手段に供給することができる。また作業者が保持手段に近づく必要がなく、安全に作業を行うことができる。
【０１１２】
請求項５記載の本発明によれば、撹拌工程後に埋没工程が行われることによって、撹拌工程時に形成される接合孔を埋めて複数の被接合物を接合することができる。これによって接合される接合体の強度を向上することができ、接合体を用いて製造される製品の強度を向上することができる。また別途接合孔を埋める工程を必要としないので、工程数を減らすことができ製造コスト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２０を示す斜視図である。
【図２】ツール装着台２３とツールピン２１とを拡大して示す斜視図である。
【図３】ツールピン２１を装着した状態のツール装着台２３を示す断面図である。
【図４】摩擦撹拌接合装置２０の電気的構成を示すブロック図である。
【図５】ツールピン２１を保持位置に保持する保持手段２６を簡略化して示す図である。
【図６】ツールピン２１を供給する動作を説明するための図である。
【図７】摩擦撹拌接合装置２０の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図８】摩擦撹拌接合時における制御手段５７の動作を説明するためのフローチャートである。
【図９】図９は、摩擦撹拌接合装置２０の摩擦撹拌接合動作を説明するための図である。
【図１０】摩擦撹拌接合装置２０によって２つの被接合物２２ａ，２２ｂが接合された接合体２２を示す断面図である。
【図１１】２つの被接合物１２２ａ，１２２ｂを部分的に流動させた状態からツールピン２１を離脱して、各被接合物１２２ａ，１２２ｂが接合された比較例の接合体１２２を示す断面図である。
【図１２】他のツールピン１２１が装着された状態のツール装着台２３を示す図である。
【図１３】他のツールピン１２１が装着されたときの摩擦撹拌接合を簡略化して示す断面図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態であるツール装着台２２３とツールピン２２１とを示す斜視図である。
【図１５】ツール装着台２２３とツールピン２２１とを示す断面図である。
【図１６】ツールピン２１，２２１を示す平面図である。
【図１７】従来の技術の摩擦撹拌接合装置１を示す図である。
【図１８】接合された２つの被接合物８ａ，８ｂを拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
２０　摩擦撹拌接合装置
２１，１２１，２２１　ツールピン
２２　被接合物
２３，２２３　ツール装着台
２４　ツール回転駆動手段
２５　ツール変位駆動手段
２６　保持手段
２７　供給手段
２８　基台
２９　ロボットアーム
３０　受け台
３１　受け台形成部
３２　受け台駆動手段
４８　嵌合部
４９　凹所
５０　円柱部
５１　突部
５２　円錐部
５５　ショルダー面
５６　補充パイプ駆動手段
Ｌ１　軸線

Claims

複数の被接合物を接合する摩擦撹拌接合装置であって、
予め定める基準軸線まわりに回転自在にかつ基準軸線に沿って変位自在に設けられ、接合ツールが着脱自在に装着され、接合ツールが被接合物に埋没される状態で、接合ツールを離脱するツール装着台と、
ツール装着台を基準軸線まわりに回転駆動するツール回転駆動手段と、
ツール装着台を基準軸線に沿って変位駆動するツール変位駆動手段とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合装置。
前記ツール装着台には、接合ツールが部分的に嵌合する嵌合部が形成され、この嵌合部は、接合ツールをツール装着台の軸線方向に変位させることによって、嵌合および嵌合解除自在に形成され、接合ツールが嵌合されることによってツール装着台に装着され、接合ツールが嵌合解除されることによってツール装着台から離脱されることを特徴とする請求項１記載の摩擦撹拌接合装置。
ツール装着台と被接合物との間の保持位置に、接合ツールを、その軸線が基準軸線と一致する状態で保持する保持手段をさらに含むことを特徴とする請求項１または２記載の摩擦撹拌接合装置。
接合ツールを保持位置に供給する供給手段をさらに含む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。
複数の被接合物を接合する摩擦撹拌接合方法であって、
接合ツールを回転させながら被接合物に挿入し、被接合物を軟化させて流動させる撹拌工程と、
接合ツールが被接合物に埋没される状態で、接合ツールの回転を停止し、接合ツールを被接合物に固着させる埋没工程とを含むことを特徴とする摩擦撹拌接合方法。